WO2006032612A1 - Method for testing a magnetic inductive flow meter - Google Patents

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WO2006032612A1
WO2006032612A1 PCT/EP2005/054427 EP2005054427W WO2006032612A1 WO 2006032612 A1 WO2006032612 A1 WO 2006032612A1 EP 2005054427 W EP2005054427 W EP 2005054427W WO 2006032612 A1 WO2006032612 A1 WO 2006032612A1
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current
time
constant
voltage
coil
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PCT/EP2005/054427
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German (de)
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Inventor
Thomas Budmiger
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/60Circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Definitions

  • the invention relates to a method for checking a magneto-inductive
  • Flow meter with a measuring tube for guiding a fluid to be measured and with a magnetic field system having at least one at least temporarily energized by a Er ⁇ current field coil for generating a fluid at least partially perpendicular to a flow direction passing magnetic field.
  • Magnetic-inductive flow meters can be used to measure the volume flow rate of an electrically conductive liquid and to map it into a corresponding measured value which flows in a pipeline; By definition, therefore, the volume of liquid flowing per unit time through a tube cross-section is measured.
  • Flow sensors of the type described usually each have a non-ferromagnetic measuring tube which is fluid-tight in the pipeline, for example by means of flanges or screw connections.
  • An electrical voltage generated in the flowing fluid due to charge separations by means of a magnetic field oriented transversely to a flow direction of the fluid to be measured is tapped by means of at least two measuring electrodes as a measuring voltage and further processed in the measuring device electronics to a corresponding measured value, for example a volumetric flow measured value.
  • the fluid contacting part of the measuring tube is generally electrically non-conductive, so that the measuring voltage, which is induced by the Faraday's law of induction of the measuring tube at least partially Maschinen ⁇ putting magnetic field in the fluid is not short-circuited.
  • Metal measuring tubes are therefore usually internally provided with an electrically non-conductive layer, for example of hard rubber, polyfluoroethylene, etc., and also generally non-ferromagnetic; completely made of a plastic or a ceramic, esp. made of alumina ceramic, existing measuring tubes, the electrically non-conductive layer is not required in contrast.
  • an electrically non-conductive layer for example of hard rubber, polyfluoroethylene, etc., and also generally non-ferromagnetic; completely made of a plastic or a ceramic, esp. made of alumina ceramic, existing measuring tubes, the electrically non-conductive layer is not required in contrast.
  • the magnetic field required for the measurement is generated by a corresponding magnetic field system which has a coil arrangement having an inductance L and usually at least two field coils, corresponding coil cores and / or pole shoes for the field coils and, if appropriate, the coil cores containing outside the measuring tube connecting magnetic-conductive Füh ⁇ ments sheets.
  • magnetic field systems with a single field coil are also known.
  • the coil cores and / or pole pieces of the magnet system usually consist of a soft-magnetic material.
  • magnet systems with ferromagnetic coil cores have also already been described.
  • the magnetic field system is usually arranged directly measuring tube.
  • the field coils are in the most common and simplest case identical to each other and electrically connected in series in series, so that they can be flowed through during operation of the same exciter current.
  • the aforementioned exciting current is generated by an operating electronics; it is set to a constant current value of e.g. 85 mA regulated, and its current direction is reversed periodically.
  • the current direction reversal is achieved in that the coils are in a so-called T-circuit or a so-called H-circuit; for current regulation and direction reversal cf. the US-A 44 10 926 or
  • the coil current is in modern fürflußauf choirn usually a clocked bi-polar square-wave alternating current, which is in a first half period of a period Pe ⁇ positive with a constant first current end value and then by switching in a second half period of the period negative with a constant, to the first current end value substantially the same amount second current end value.
  • the coil arrangement may for example be a single coil, if the magnetic-inductive flow sensor serves as a flow probe, cf. US-A 35 29 591, or it may for example consist of two part-coils which are arranged diametrically opposite to each other on the measuring tube.
  • US-A 60 31 740 or US-A 44 10 926 is a circuit arrangement for Generation of such a coil current described.
  • This circuit arrangement comprises a power supply which drives the coil current and a bridge circuit designed as an H circuit for the modulation of the coil current, the coil arrangement being located in a shunt branch of the bridge circuit.
  • a circuit arrangement for generating a coil current is shown, the circuit instead of the designed as H-circuit Brücken ⁇ designed as a T-circuit bridge circuit for the coil assembly , Furthermore, in the
  • US-A 42 04 240 a circuit arrangement with an internal power supply for generating the coil current of a magnetic-inductive flow sensor described which outputs a voltage from the voltage initial value in each half-period mentioned during a rise time of the coil current - as a first sub-period - higher than a voltage end value during a second sub-period - as the remainder of the half-period.
  • the mentioned induced voltage arises between at least two galvanic, ie wetted by the liquid, or between at least two capacitors, thus e.g. arranged within the tube wall of the measuring tube, Meß ⁇ electrodes, each of the electrodes picks off a potential for itself.
  • the measuring electrodes are arranged diametrically opposite one another so that their common diameter is perpendicular to the direction of the magnetic field and thus perpendicular to the diameter on which the coil arrangements lie.
  • the induced voltage is amplified and processed by means of an evaluation circuit to a measurement signal, which is registered, displayed or in turn further processed.
  • Corresponding measuring electronics are likewise known to the person skilled in the art, for example from EP-A 814 324, which
  • a self-test on the one hand, a check can be made as to whether all components of the measuring instrument are fully functional, and on the other hand, whether the measuring operation is proceeding according to the regulations. If the result of such a self-test is positive, ie if there are no malfunctions of the measuring instrument or of the measuring operation, then it is ensured that the measured value output by the measuring instrument-of course within predefined fault tolerances-corresponds to the currently actually present value.
  • individual components and components of the measuring device for example by means of impedance measurements or measurements of the ohmic resistance or the conductivity are checked for their functionality. Furthermore, it is also z. B. to check the Ein ⁇ stell flowers when entering plausibility.
  • entries that are outside the permitted range are rejected and not accepted.
  • the data calculated from the setting data which directly control the measuring operation of the measuring device, are checked again for their permitted limits. This check is carried out before starting the measuring operation, so that when an error occurs with respect to the setting data, a corresponding error message can be output and the measurement is not carried out accordingly.
  • the function which is known as pre-exposed and fundamental for the measuring operation, between the excitation current and the measuring voltage is used to test the measuring operation.
  • this function between the exciting current and the measuring voltage may be a linear function, so that a malfunction of the measuring operation of the measuring device by simply varying the measured voltage levels obtained at mutually different current levels by more than a threshold value of a linear Course is detectable.
  • the check is carried out by determining at least one parameter of the rise of the current after the change of the current direction and comparing this with a reference value.
  • the parameter used is a period of time which elapses between two predetermined current values. Since the increase of the current satisfies a predetermined physical law, usually an e-function, it is sufficient to determine the rise time between two values in order to obtain a reliable statement about the current increase per se.
  • the parameter used may be a period of time which elapses between the switching of the current direction and the reaching of a predetermined current value. The timing of switching is very accurate to determine.
  • the switching signal can also be used as a trigger signal for a time counter.
  • the predetermined current value may be close to, for example are the maximum current value, ie in the vicinity of the current, which adjusts after the settling of the magnetic field to a suitable value for the measurement constant value.
  • US-B 67 63 729 after switching to use an increased voltage. As already disclosed in US-A 60 31 740, such an overvoltage accelerates the build-up of the magnetic field, since it increases the current increase, thus allowing the actual measurement to be made faster again.
  • Measuring operation of the meter is detected can be determined in the flow meter itself at an earlier time.
  • the desired parameter can be determined and stored as a reference value in a provided in the meter electronics microcomputer as a digital value, so that it is available for future verification operations.
  • the reference value for the deviation may be determined in different ways, e.g. B. as a constant absolute value.
  • the measuring operation of the meter can be terminated, since no more reliable measurement results are achieved.
  • visual and / or audible warning messages can also be output when determining a malfunction of the measuring operation.
  • the current flow in the coil arrangement corresponds to the course of the
  • the coil current measured outside the coil arrangement therefore corresponds to the sum of the current flowing in the coil and the current generated by the eddy currents. If the current measured outside the coil arrangement is used as the controlled variable, then the current is not constant but the magnetic field is constant. This applies as long as the eddy currents have not decayed.
  • Flow meter of the type described during the current measurement operation can be checked and insofar malfunction of the meter can be detected very accurately and easily and possibly also localized.
  • the invention consists in a method for testing a magnetic-inductive flow meter with a measuring tube for guiding a fluid to be measured and with a magnetic field system, the at least one at least temporarily traversed by an excitation current field coil for generating a the Fluid having at least partially perpendicular to a flow direction für ⁇ putting magnetic field, which method comprises the following steps:
  • a first embodiment of the method according to the invention provides that the third voltage level is chosen smaller than the first voltage level.
  • a second embodiment of the method according to the invention includes that the voltage driving the excitation current at least temporarily is changed such that its second voltage level during a period of time lying between the first time and the second time at least temporarily, esp. Also immediately before the second time , is substantially constant.
  • a third embodiment of the method according to the invention provides that at least one field coil of the coil arrangement is at least temporarily short-circuited to set the voltage to the third voltage level.
  • a basic idea of the invention is the third point in time, which reacts to a very great extent as a function of the instantaneous operating state of the flow meter, but in particular of the instantaneous state of the magnetic field system and is therefore very sensitive to changes in the magnetic field system - It is meant here in particular the time period measured by a suitable reference time point - of the method described above for exciting current or magnetic field setting for monitoring the flow meter, esp. Of the magnetic field system to use.
  • the invention is based inter alia on the finding that the error in the magnetic field system has a significant influence on the two mentioned periods of time have the regulation for the excitation current.
  • FIG. 1 Figures of the drawing illustrated timing diagrams and schematized diagrams of a magnetic-inductive flowmeter explained in more detail.
  • Figs. 1, 2 show schematically and in the form of a block diagram one for the
  • FIGS. 1 and 2 schematically shows a time diagram of an excitation current flowing during operation of the process measuring device according to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment with an H circuit
  • FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment with an H circuit
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a first exemplary embodiment with a T-circuit
  • FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment with a T-circuit
  • FIG. 8 shows waveforms of the coil current and the magnetic induction or the voltage of the voltage source
  • FIG. 9 shows a soot diagram of a micro-processor used in the invention.
  • FIG. 11 shows a graph of the time profile of the voltage applied to the coil arrangement in the solution known from the prior art
  • FIG. 12 is a graphic representation of the time profile of the voltage applied to the coil arrangement in the device according to the invention.
  • FIG. 13 is a graph showing the time course of the coil current and the time course of the magnetic field in the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically and partly in the form of a block diagram an electromagnetic flowmeter suitable for the process of the invention, by means of which measured values for at least one physical variable of a pipeline are shown here flowing medium, esp. Of a fluid can be generated.
  • the flowmeter may be used to measure a volumetric flow rate and / or a flow rate of an electrically conductive fluid.
  • the flowmeter shown here comprises a flow sensor 1 for
  • a measuring device having a microcomputer with a, especially also at least partially realized by the microcomputer, measuring and operating circuit 2 for detecting the measuring potentials and generating at least one with the physical Size corresponding measuring signal and an, especially by means of the microcomputer realized, evaluation circuit 3, which serves to control the measuring and operating circuit 2 and thus the flow sensor 1 and to generate using the at least one measurement signal, the physical size regar ⁇ sent measurements ,
  • an inner part of the measuring tube 11 contacting the fluid is made electrically non-conductive.
  • Metal measuring tubes are usually for this purpose inside with an electrically non-conductive layer, e.g. made of hard rubber, polyfluoroethylene, etc., provided and also in general non-ferromagnetic; when completely made of a plastic or ceramic, esp. Alumina ceramic, existing measuring tubes, the electrically non-conductive layer is not required in contrast.
  • Electronics 21 controlled coil arrangement of a magnetic field system of Natural ⁇ flow meter has in the illustrated embodiment, a measuring tube 11 arranged on the first field coil 12 and arranged on the measuring tube 11 second field coil 13.
  • the field coils 12, 13 are located on a first diameter of the measuring tube 11.
  • the magnetic field system is used in conjunction with the meter electronics to generate a magnetic field B passing through the tube wall and the fluid flowing through it. This occurs when, in the field coils 12, 13 connected in series here, an excitation current I driven by the driver electronics 21 is allowed to flow.
  • The, in particular bi-polar, exciting current I can in this case e.g. be formed substantially rectangular or at least rectangular-like.
  • the field coils 12, 13 do not contain a core, that is to say so-called air coils.
  • the field coils 12, 13 can also, as is usual with such coil arrangements, be wound around a core, which is generally soft-magnetic, wherein the cores can cooperate with pole shoes, cf. eg US-A 55 40 103.
  • the coil arrangement shown in the embodiment shown here is embodied here, esp.
  • the two field coils 12, 13 are shaped and dimensioned so that the magnetic field H generated thereby within the measuring tube 11 at least with respect to a second diameter perpendicular to the first diameter symmetrical, esp is rotationally symmetrical, is formed.
  • the driver electronics 21 a by means of the driver electronics 21 a, in particular.
  • Constant amplitude regulated, DC generated which then switched by means of a corresponding, for example configured in H or T circuit, switching mechanism periodically and so to a AC is modulated with controlled amplitude.
  • the exciting current I is flowed through the Spulen ⁇ arrangement that the coils 12, 13, as shown schematically in Fig. 2a during a first switching phase PHl 1 each in a first current direction and during a second switching phase following the first switching phase PH12 are respectively flowed through in a Ge direction opposite to the first current direction, cf. for current regulation and reversal, e.g. also US-A 44 10 926 or
  • the second switching phase PH12 is followed by a third switching phase PH21, during which the excitation current I flows again in the first current direction.
  • the third switching phase is followed by a fourth switching phase PH22, during which the exciter current I flows again in the direction opposite to Ge.
  • This is followed by a corresponding switching phase PH31 and so on.
  • two of the successive switching phases each form a switching period P1, P2, P3 and so on.
  • the magnetic field H is also repeatedly reversed, cf. see Fig. 2a.
  • Measuring signal is furthermore provided on the measuring tube or at least in its vicinity arranged sensor arrangement in the transducer.
  • the sensor arrangement has electrodes mounted directly on the measuring tube.
  • a first electrode 14 arranged on an inner side of the tube wall of the measuring tube 11 serves to pick off a first potential e induced by the magnetic field H.
  • a second electrode 15 arranged in the same way also serves to pick off a second potential e induced by the magnetic field.
  • the Meß ⁇ electrodes 14, 15 lie on the first diameter and the Meßrohlijnsachse perpendicular second diameter of the measuring tube 11, but they can for example also lie on a parallel to the second diameter chord of the measuring tube 11, see. For this also US Pat. No. 5,646,353.
  • the measuring electrodes 14, 15 are shown as galvanic measuring electrodes, ie as those which touch the fluid. However, two capacitive, e.g. inside the tube wall of the measuring tube 11 arranged, measuring electrodes are used. Each of the measuring electrodes 14, 15 seizes an electrical potential e, e
  • the measuring electrodes 14, 15 which is induced in operation due to the Faraday law in the fluid flowing therethrough. As shown in FIG. 1 b, during operation, the measuring electrodes 14, 15 are connected at least temporarily to an inverting or non-inverting input of a differential amplifier 22. Thus, a potential difference of the two potentials e, e tapped off from the measuring electrodes 14, 15, serving as measuring signal u, is formed
  • the output signal shown in the embodiment shown differential amplifier 22 u is, as shown in Fig.la, Ib shown schematically, provided in the flow meter evaluation circuit 3.
  • FIGS. 3 and 4 relate to exemplary embodiments of a switching mechanism designed as an H-bridge circuit.
  • a first bridge branch is the controlled current path of a first transistor 13, in a second bridge branch of the controlled current path of a second transistor 14 in a third bridge branch of the controlled current path of a third transistor 15 and in a fourth bridge branch of the controlled current path of a fourth transistor 16
  • This structure results in four corner points 2a, 2b, 2c, 2d of the H circuit: The transistors 13, 14 through the corner 2c, the transistors 14, 16 through the corner 2b, the transistors 15, 16 through the corner 2d and Transistors 13, 15 connected by the corner 2a with each other.
  • a first bridge diagonal is located between the corner points 2a, 2b and a second bridge diagonal between the corner points 2c, 2d.
  • the second bridge diagonal coil assembly 1 is at least one field coil of a magnetic field system of the fürflußaufillons set, i. a first and a second terminal of the coil assembly is connected to the corner 2c and 2d, respectively.
  • Modulator acting circuit arrangement are either the first and the fourth transistor 13, 16 or the second and the third transisor 14, 15 simultaneously conductive controlled.
  • first and the fourth transistor 13, 16 or the second and the third transisor 14, 15 simultaneously conductive controlled.
  • transistors 13, 16 conducting
  • a (positive voraus ⁇ set) current from the corner 2a to the corner 2b through the coil assembly 1 and in the direction indicated by the non-dashed arrow direction.
  • the transistors 14, 15 are conductive, the same current flows in the opposite direction through the coil arrangement 1, as is illustrated by the dashed line.
  • the coil arrangement 1 has an inductance L and is part of a magnetic field generating magnetic system of a magnetic-inductive Naturalflußaufillons, which is not shown, since the mechanical structure of such transducer has long been known in the art, see.
  • the magnet system comprises a coil core and / or a pole piece.
  • Coil current through the mentioned alternating Leitend horrn the transistors 13, 16 and 14, 15 is generated so that it is positive in the first half period of a period with a constant first current end value and negative in the second half period with a constant second current end value, which is the same as the first final current value.
  • that constant value of the coil current e.g. 85 mA, which flows before switching in the other current direction.
  • the corner point 2c lies in FIG. 3 via a resistor 10 at a circuit zero point SN.
  • the resistor 10 forms a series circuit with the H-circuit 2 and is flowed through by the coil current.
  • FIG. 3 also shows a controlled voltage source 7, which has a voltage output 7c and determines a positive voltage that is assumed to be positive above the series connection, that is to say between the corner point 2a and the circuit zero point SN, cf. the plus sign at the output 7c.
  • the controlled voltage source 7 is fed by the network via two terminals 7a, 7b; it is also located at an output 7d at the circuit zero point SN.
  • the voltage at the output 7c is applied to the corner 2a via the anode-cathode path of a diode 9.
  • a capacitor 12 which has a capacitance C, leads from the cathode of the diode 9 and the corner point 2 a.
  • FIGS. 5 and 6 relate to exemplary embodiments with a respective T-circuit 3 or 3 '.
  • a resistor 22 or 22 ' forms a series circuit 4 or 4' with the coil arrangement 1. This is formed in the circuit of Fig. 3 so that the Spulen ⁇ arrangement 1 via the resistor 22 at the circuit zero point SN, and this is traversed by the coil current.
  • Fig. 4 at the circuit zero point SN the first terminal of the series circuit 4 '.
  • a first terminal of the controlled current path of a first switch transistor 25 is connected to a second terminal of the series circuit 4, and 4 ', respectively.
  • a second terminal of this current path is connected to a first output 30c of a controlled voltage source 30 which determines a positive voltage across the series circuit, cf. the plus sign at the output 30c.
  • a first terminal of the controlled current path of a second switch transistor 26 is connected to the second terminal of the series circuit 4 or 4 '.
  • a second terminal of this current path is connected to a second output 30d of the controlled voltage source 30, which determines a negative voltage across the series circuit, cf. the minus sign at the output 30d.
  • the switch transistors 25, 26 are alternately turned on, so that the coil current alternately reverses its direction, as the two arrows on the coil assembly 1 illustrate. Again, the coil current in the first half period of a period is positive with a constant first current end value and in the second half period negative with a constant second current end value, which is the same amount to the first current end value.
  • a supplied measuring signal u preferably digitized and correspondingly store at least sections of inform digital data sets, so that information about the time course of a portion of the measuring signal u in digital form is available to determine the diagnostic value.
  • the evaluation circuit 3 also serves to generate a diagnosis value for checking the magnetic-inductive flow meter, which represents a current operating state of the flow meter, but in particular a current operating state of the magnetic field system.
  • the diagnostic values can be used to generate a corresponding alarm when, due to deviations of the diagnostic value from a corresponding, pre-determined reference or threshold value, a defective magnet system has been detected.
  • defects may be e.g. vibration-induced breakages of electrical lines and or loosening of the assembled elements of the magnetic field system.
  • significant, esp. Shock-like, fluctuations in the fluid temperature can lead to thermally induced disturbances of the magnetic field system or at least changes in the calibration of the magnetic field system.
  • the voltage source as already described in US-A 60 31 740, initially controlled so that in each half-period during a first sub-period of the coil current, which is hereinafter referred to as rise time t, a Voltage initial value, U, generated, the, eg rev drv several times, is higher than a constant regulated voltage end value U during a cont second second period, which is referred to below as the remaining time tc, see. Fig. 5a and 5b.
  • the voltage drop across the resistor 10, 10 'or 22, 22' is attracted to it so that an effect of eddy currents, which are induced in the coil cores and / or the pole shoes during the rise of the coil current and the rising edge of the Delay magnetic field with respect to the rising edge of the coil current, is compensated. This is achieved in that in each half cycle the rise time t of the coil current and the height of the positive and negative rev
  • Voltage end value U are influenced or regulated in such a way that, on the one hand, after reaching a current maximum Im, no further increase of the coil current occurs, so that the magnetic field already reaches a constant final magnetic field value B corresponding to the constant current end value of the coil current, if the m
  • Switching transistors 25, 26 of the T-circuit always drawn with non-connected control electrode. This is merely intended to indicate that the control of these transistors in the prior art, for example in the aforementioned US-A 44 10 926, is well described and thus the expert knows what he has to control how. Further, the controlled current path of the transistors 13, 14, 15, 16 and 25, 26 with a freewheeling diode 17, 18, 19, 20 and 27, 28 bridged. Although the transistors mentioned are drawn as bipolar transistors, it is of course also possible to use field-effect transistors, in particular insulated-layer field-effect transistors.
  • Coil current I and the induction B of the magnetic field applied for a whole period Coil current I and the induction B of the magnetic field applied for a whole period.
  • the half-period duration consists of a rise time ta and a residual duration tc; this is equal to the duration during which the induction B of the magnetic field is constant.
  • the coil current increases
  • I M steeply, then falls off after reaching a current maximum I m again and reaches later than the induction B its constant current end value, I, see. the only all-gradual decrease of the coil current after the current maximum I.
  • This behavior m of the coil current is due to the initially described, induced in the coil cores and / or the pole shoes eddy currents.
  • the time of reaching the current maximum Im determines the boundary between the rise time t and rev of the remaining time t.
  • the induction B cont rev first increases almost with identical steepness as the coil current, but the rise later becomes flatter and reaches the end of the rise time ta as the final induction value B m.
  • Coil current indicated arrows is illustrated that the falling down to the current end value I m coil current waveform at least three times, for example every millisecond, is sampled; In the example of FIG. 5a, the falling part of the coil current is sampled four times. From the samples, the control signal for the controlled voltage source is generated according to the invention, as will be explained in detail yet.
  • FIG. 5b shows in the ordinate direction over time t as abscissa the profile of the voltage acting on the series circuit with the H circuit or with the T circuit.
  • the first peak Us is on resonance peak in the coil arrangement due.
  • the following constant value is the mentioned voltage initial value U, which contributes to the control of the increase of the coil current. Without drv
  • Voltage initial value may be present. During the remaining time t, the cont constant voltage end value U occurs. From Fig. 5b it can be seen that, as already mentioned cont, the voltage initial value U is greater than the voltage end value U drv. cont
  • controller 41 or 42 or 43 or 44 which is controlled between the resistor 10 or 10 'or 22 or 22' and a control input 7e or 30e Voltage source 7 and 30 is arranged, the control illustrates. Further, the corresponding controller controls the transistors 13, 14, 15, 16 of the H circuit and the switch transistors 25, 26 of the T circuit.
  • the controller 41 or 42 or 43 or 44 is at least partially realized by the already mentioned, appropriately programmed microcomputer or microprocessor. This is preceded by an analog / digital converter which digitizes the voltage drop across the resistor 10 or 10 'or 22 or 22'.
  • microprocessor and analogue / digital converters are clocked by a clock oscillator.
  • US-B 67 63 729 or the flowmeter described in US-A 60 31 740 also the excitation current I at least temporarily driving voltage U to increase the current I, of the voltage driven and flowing in the at least one field coil excitation current IM to the maximum current value, I m, at a first instant, t, of the instantaneous first non-zero instantaneous voltage level, U, raised to the, in particular constant, or constant-regulated, second voltage level, U i. drv
  • the coil current I cont flowing during the time period t t is sampled at least in sections, digitized and correspondingly stored in the microcomputer mentioned above.
  • the measured and digitally stored current values can now be readily used for the calculation of the voltage profile according to which the voltage driving the excitation current I is to be adjusted in the future for the next half-cycle of the magnetic field B.
  • an iterative or recursive approximated method is used over several measuring cycles.
  • the overvoltage U drv applied to the coil rev during the period of time t is converted from half period to half period or
  • the time period t rev during which the overvoltage U drv at the coil is applied is dimensioned so that the measured coil current IM no longer increases during the period t. If there is an increase, this is a cont
  • microcomputer may correspond to the one shown in FIG.
  • a first decision stage 63 checks consecutive, adjacent ones
  • Pulse duration stage leads to the voltage source 7 or 30.
  • a second decision stage 65 continuously checks the current samples s below that
  • the decision stage 65 outputs, if appropriate, a control signal g at a GROS SER output G, a control signal gl at an EQUAL output GL or a control signal k at a SMALLER output K.
  • control signals g, gl, k are the voltage source 7 and 30, optionally with the insertion of a digital / analog converter, supplied and act on the output from her in a period of Spu ⁇ lenstroms voltage initial value Ua such that it Increased control signal g in the following period or that leaves it the control signal gl in the following period unchanged or that it reduces the control signal k in the following period.
  • both the voltage be constant over the coil arrangement as well as the current flowing through the coil arrangement Er ⁇ current I, since the stability of the measuring signal is also adversely affected inter alia by the inductive coupling of the coil assembly to the measuring electrodes.
  • Time span T t - t is applied until reaching the predetermined current maximum I rev 2 1 m, wherein the overvoltage is so dimensioned that the excitation current I flowing through the Spulen ⁇ arrangement after the expiry of the reference time period T steadily
  • Short Short is dimensioned such that the influence of the eddy currents induced during the switching process in the coil arrangement is approximately compensated but at least considerably reduced.
  • the effect of this method can be seen in FIG. 9, in which the solid line indicates the course of the measuring current as it appears in the solution according to the invention; whereas the dotted line shows the temporal behavior of the exciting current in the solution known from the prior art.
  • the constant current end value I cont is practically reached when the time T Short has elapsed; in the known Solution is that the constant current end value I first becomes a much later cont
  • the measuring and operating circuit detects a plurality of current measured values within the predetermined period T.
  • T the period of time
  • T the time period T
  • the current end value I is not reached.
  • Short c is the period T increased accordingly, for example, one in advance
  • a third decision stage implemented in the microcomputer checks - assuming that the voltage U is currently kept constant - continuously the current samples s on the criterion of whether successive current samples s signal a constant excitation current I or not.
  • the decision stage outputs at a KONSTANT output a control signal which signals a constant exciter current I M, as long as one more
  • the following method is additionally proposed for generating the actual measuring time but also the diagnostic value for the maximum time available to the optimizing method.
  • the voltage U currently driving the exciting current I becomes a second one
  • Time, t 2 from the second voltage level, U drv, to a, esp. Constant or constant-regulated, third voltage level, U short, changed to a lowering of the Current intensity of the excitation current I currently flowing in the at least one field coil, from the maximum current value I, to an exciter current I
  • the third voltage level, U is chosen smaller than the second voltage level, U.
  • the measuring and operating circuit reverses the direction of the current flowing through the coil arrangement during the time period t.
  • the measuring and operating circuit measures the time span t in such a way that the signal passing through the coil

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Abstract

The inventive flow meter comprises a measuring tube for conducting a fluid to be measured and a magnetic field system with at least one field coil that is at least temporarily traversed by an excitation current (IM) for generating a magnetic field that penetrates the fluid at least partially and runs perpendicular to a flow direction. According to the invention, the voltage (UH) that is currently supplying the excitation current (IM) is modified at a second point in time t2 from the second voltage level Udrv to a third voltage level Ushort that is in particular constant, or regulated to remain constant, in order to reduce the current intensity of the excitation current (IM) that is flowing in the field coil(s) from a maximum current value Im to a final, in particular constant, current value Izu that is predetermined for the excitation current (IM). The third current level Ushort is lower than the second current level Urev. To determine a third point in time t3, which corresponds to the attainment of the final current value Ic, the excitation current IM is at least intermittently recorded. Based on said recording, a first time constant Tshort is determined for the magnetic field system, said constant corresponding to a time period t3 - t2 lying between the second point in time t2 and the third point in time t3 and/or a second time constant Trev + Tshort is determined for the magnetic field system, said constant corresponding to a time period t3 - t1 lying between the first point in time t1 and the third point in time t3. To determine a diagnostic value that ultimately represents the current operating condition of the flow meter, the first determined time constant Tshort is compared to a predefined first reference value T1ref and/or the second determined time constant Trev + Tshort is compared to a predefined second reference value T2ref.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Überprüfen eines magnetisch-induktiven Durch¬ flußmessersMethod for checking a magneto-inductive Durch¬ flow meter
[001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines magnetisch-induktivenThe invention relates to a method for checking a magneto-inductive
Durchflußmessers mit einem Meßrohr zum Führen eines zu messenden Fluids und mit einem Magnetfeld-System, das wenigstens eine zumindest zeitweise von einem Er¬ regerstrom durchflossene Feldspule zum Erzeugen eines das Fluid zumindest teilweise senkrecht zu einer Strömungsrichtung durchsetzenden Magnetfelds aufweist.Flow meter with a measuring tube for guiding a fluid to be measured and with a magnetic field system having at least one at least temporarily energized by a Er¬ current field coil for generating a fluid at least partially perpendicular to a flow direction passing magnetic field.
[002] Zur Messung von elektrisch leitfähigen Fluids werden oftmals Durchflussmesser mit einem magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmer eingesetzt. Im Folgenden wird, falls nötig, der Einfachheit halber nur von Durchflußaufnehmern bzw. Durch¬ flußmessern gesprochen. Mit magnetisch-induktiven Durchflußmessern läßt sich be¬ kanntlich der Volumen-Durchfluß einer elektrisch leitenden Flüssigkeit messen und in ein entsprechendes Meßwert abbilden, die in einer Rohrleitung fließt; es wird also per definitionem das pro Zeiteinheit durch einen Rohrquerschnitt fließende Volumen der Flüssigkeit gemessen. Aufbau und Wirkungsweise magnetisch-induktiver Durch¬ flussmesser sind dem Fachmann an und für sich bekannt und beispielsweise in der DE- A 43 26 991, der EP-Al 275 940, der EP-A 12 73 892, der EP-A 1 273 891, der EP-A 814 324, der EP-A 770 855, der EP-A 521 169, der US-A 60 31 740, der US-A 54 87 310, der US-A 52 10 496, derFor the measurement of electrically conductive fluids flow meter are often used with a magnetic-inductive flow sensor. In the following, if necessary, for the sake of simplicity, only flow meters or flow meters will be discussed. Magnetic-inductive flow meters can be used to measure the volume flow rate of an electrically conductive liquid and to map it into a corresponding measured value which flows in a pipeline; By definition, therefore, the volume of liquid flowing per unit time through a tube cross-section is measured. Structure and mode of operation of magnetic-inductive Durch¬ flow meter are known in the art and in itself and for example in DE-A 43 26 991, EP-Al 275 940, EP-A 12 73 892, EP-A 1 273 891 , EP-A 814 324, EP-A 770 855, EP-A 521 169, US-A 60 31 740, US-A 54 87 310, US-A 52 10 496, the
[003] US-A 44 10 926, der US-A 2002/0117009 oder der WO-A 01/90702 ausführlich und detailliert beschrieben.US-A 44 10 926, US-A 2002/0117009 or WO-A 01/90702 described in detail and in detail.
[004] Durchflußaufnehmer der beschriebene Art weisen üblicherweise jeweils ein nicht- ferromagnetisches Meßrohr auf, das in die Rohrleitung fluiddicht, z.B. mittels Flanschen oder Verschraubungen, eingesetzt wird. Eine mittels eines quer zu einer Strömungsrichtung des zu messenden Fluids ausgerichtetes Magnetfelds im strömenden Fluid aufgrund von Ladungstrennungen erzeugte elektrische Spannung wird mittels wenigstes zweier Meßelektroden als eine Meßspannung abgegriffen und in der Meßgerät-Elektronik zu einem entsprechenden Meßwert, beispielsweise einem Volumendurchfluß-Meßwert, weiterverarbeitet. Der das Fluid berührende Teil des Meßrohrs ist im allgemeinen elektrisch nicht-leitend, damit die Meßspannung, die nach dem Faraday'schen Induktionsgesetz von dem das Meßrohr zumindest teilweise durch¬ setzenden Magnetfeld im Fluid induziert wird, nicht kurzgeschlossen wird. Metall- Meßrohre sind daher üblicherweise innen mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht, z.B. aus Hartgummi, Polyfluorethylen etc., versehen und auch im allgemeinen nicht- ferromagnetisch; bei vollständig aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik, insb. aus Aluminiumoxid-Keramik, bestehenden Meßrohren ist die elektrisch nicht-leitende Schicht demgegenüber nicht erforderlich.Flow sensors of the type described usually each have a non-ferromagnetic measuring tube which is fluid-tight in the pipeline, for example by means of flanges or screw connections. An electrical voltage generated in the flowing fluid due to charge separations by means of a magnetic field oriented transversely to a flow direction of the fluid to be measured is tapped by means of at least two measuring electrodes as a measuring voltage and further processed in the measuring device electronics to a corresponding measured value, for example a volumetric flow measured value. The fluid contacting part of the measuring tube is generally electrically non-conductive, so that the measuring voltage, which is induced by the Faraday's law of induction of the measuring tube at least partially durch¬ putting magnetic field in the fluid is not short-circuited. Metal measuring tubes are therefore usually internally provided with an electrically non-conductive layer, for example of hard rubber, polyfluoroethylene, etc., and also generally non-ferromagnetic; completely made of a plastic or a ceramic, esp. made of alumina ceramic, existing measuring tubes, the electrically non-conductive layer is not required in contrast.
[005] Bei magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmern wird das für die Messung er¬ forderlich Magnetfeld von einem entsprechenden Magnetfeld-System erzeugt, das eine eine Induktivität L aufweisende Spulenanordnung mit zumeist wenigstens zwei Feldspulen, entsprechende Spulenkerne und/oder Polschuhe für die Feldspulen und ggf. die Spulenkerne außerhalb des Meßrohrs verbindende magnetisch-leitfähige Füh¬ rungsbleche enthält. Allerdings sind auch Magnetfeld-Systeme mit einer einzigen Feldspule bekannt. Die Spulenkerne und/oder Polschuhe des Magnetsystems bestehen meistens aus einem weich-magnetischen Material. Es sind aber auch schon Ma¬ gnetsysteme mit ferromagnetischen Spulenkernen beschrieben worden. Das Magnetfeld-System ist üblicherweise direkt Meßrohr angeordnet.In the case of magnetic-inductive flow sensors, the magnetic field required for the measurement is generated by a corresponding magnetic field system which has a coil arrangement having an inductance L and usually at least two field coils, corresponding coil cores and / or pole shoes for the field coils and, if appropriate, the coil cores containing outside the measuring tube connecting magnetic-conductive Füh¬ ments sheets. However, magnetic field systems with a single field coil are also known. The coil cores and / or pole pieces of the magnet system usually consist of a soft-magnetic material. However, magnet systems with ferromagnetic coil cores have also already been described. The magnetic field system is usually arranged directly measuring tube.
[006] Zum Erzeugen des Magnetfelds wird ein von einer entsprechenden Meßgerät-[006] To generate the magnetic field, a signal from a corresponding measuring device
Elektronik gelieferter Spulenstrom in der Spulenanordnung fließen gelassen. Damit das von dem Magnetfeld-System erzeugte Magnetfeld möglichst homogen ist, sind die Feldspulen im häufigsten und einfachsten Fall identisch zueinander und elektrisch gleichsinnig in Serie geschaltet, so daß sie im Betrieb von demselben Erregerstrom durchflössen werden können. Es ist jedoch auch schon beschrieben worden, die Spulen abwechselnd gleich- bzw. gegensinnig von einem Erregerstrom durchfließen zu lassen, um dadurch beispielsweise die Viskosität von Flüssigkeiten und/oder einen Tur¬ bulenzgrad der Strömung ermitteln zu können, vgl. hierzu auch die EP-Al 275 940, die EP-A 770 855 oder die DE-A 43 26 991. Der vorgenannte Erregerstrom wird von einer Betriebs-Elektronik erzeugt; er wird auf einen konstanten Stromwert von z.B. 85 mA geregelt, und seine Stromrichtung wird periodisch umgekehrt. Die Stromrich¬ tungsumkehr wird dadurch erreicht, dass die Spulen in einer sogenannten T-Schaltung oder einer sogenannten H-Schaltung liegen; zur Stromregelung und -richtungsumkehr vgl. die US-A 44 10 926 oder dieElectronics delivered coil current flow in the coil assembly. So that the magnetic field generated by the magnetic field system is as homogeneous as possible, the field coils are in the most common and simplest case identical to each other and electrically connected in series in series, so that they can be flowed through during operation of the same exciter current. However, it has also already been described to allow the coils to flow alternately in the same direction or in opposite directions from an exciter current, in order thereby to be able to determine, for example, the viscosity of liquids and / or a degree of turbulence of the flow, cf. for this purpose also EP-A1 275 940, EP-A 770 855 or DE-A 43 26 991. The aforementioned exciting current is generated by an operating electronics; it is set to a constant current value of e.g. 85 mA regulated, and its current direction is reversed periodically. The current direction reversal is achieved in that the coils are in a so-called T-circuit or a so-called H-circuit; for current regulation and direction reversal cf. the US-A 44 10 926 or
[007] US-A 60 31 740.US-A 60 31 740.
[008] Der Spulenstrom ist bei modernen Durchflußaufnehmern üblicherweise ein getakteter bi-polarer Rechteck- Wechselstrom, der in einer ersten Halbperiode einer Pe¬ riodendauer positiv mit einem konstanten ersten Strom-Endwert ist und danach durch Umschalten in einer zweiten Halbperiode der Periodendauer negativ mit einem konstanten, zum ersten Strom-Endwert im wesentlichen betragsgleichen zweiten Strom-Endwert ist. Die Spulenanordnung kann z.B. eine Einzelspule sein, wenn der magnetisch-induktive Durchflussaufnehmer als Strömungssonde dient, vgl. die US-A 35 29 591, oder sie kann z.B. auch aus zwei Teil-Spulen bestehen, die diametral einander gegenüberliegend am Meßrohr angeordnet sind. In der der US-B 67 63 729, US-A 60 31 740 oder der US-A 44 10 926 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines solchen Spulenstroms beschrieben. Diese Schaltungsanordnung umfaßt eine den Spulenstrom treibende Energieversorgung sowie eine als H-Schaltung ausgeführte Brückenschaltung für die Modulation des Spulenstroms, wobei die Spulen¬ anordnung in einem Querzweig der Brückenschaltung liegt. Femer ist in der US-A 60 31 740 wie auch in der US-A 44 10 926 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Spulenstroms gezeigt, die anstelle der als H-Schaltung ausgeführten Brücken¬ schaltung eine als T-Schaltung ausgelegte Brückenschaltung für die Spulenanordnung aufweist. Ferner ist in derThe coil current is in modern Durchflußaufnehmern usually a clocked bi-polar square-wave alternating current, which is in a first half period of a period Pe¬ positive with a constant first current end value and then by switching in a second half period of the period negative with a constant, to the first current end value substantially the same amount second current end value. The coil arrangement may for example be a single coil, if the magnetic-inductive flow sensor serves as a flow probe, cf. US-A 35 29 591, or it may for example consist of two part-coils which are arranged diametrically opposite to each other on the measuring tube. In the US-B 67 63 729, US-A 60 31 740 or US-A 44 10 926 is a circuit arrangement for Generation of such a coil current described. This circuit arrangement comprises a power supply which drives the coil current and a bridge circuit designed as an H circuit for the modulation of the coil current, the coil arrangement being located in a shunt branch of the bridge circuit. Furthermore, in US-A 60 31 740 as well as in US-A 44 10 926 a circuit arrangement for generating a coil current is shown, the circuit instead of the designed as H-circuit Brücken¬ designed as a T-circuit bridge circuit for the coil assembly , Furthermore, in the
[009] US-A 42 04 240 eine Schaltungsanordnung mit einer internen Energieversorgung zur Erzeugung des Spulenstroms eines magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmers beschrieben, die eine Spannung abgibt, von der ein Spannungs- Anfangs wert in jeder erwähnten Halbperiode während einer Anstiegsdauer des Spulenstroms - als einer ersten Teilperiode - höher ist als ein Spannungs-Endwert während einer zweiten Teilperiode - als Rest der Halbperiode.US-A 42 04 240 a circuit arrangement with an internal power supply for generating the coil current of a magnetic-inductive flow sensor described which outputs a voltage from the voltage initial value in each half-period mentioned during a rise time of the coil current - as a first sub-period - higher than a voltage end value during a second sub-period - as the remainder of the half-period.
[010] Die erwähnte induzierte Spannung entsteht zwischen mindestens zwei gal¬ vanischen, also von der Flüssigkeit benetzten, oder zwischen mindestens zwei ka¬ pazitiven, also z.B. innerhalb der Rohrwand des Meßrohrs angeordneten, Me߬ elektroden, wobei jede der Elektroden für sich ein Potential abgreift. Im häufigsten Fall sind die Meßelektroden diametral einander gegenüberliegend so angeordnet, dass ihr gemeinsamer Durchmesser senkrecht zur Richtung des Magnetfelds und somit senkrecht zum Durchmesser ist, auf dem die Spulenanordnungen liegen. Die induzierte Spannung wird verstärkt und mittels einer Auswerteschaltung zu einem Meßsignal aufbereitet, das registriert, angezeigt oder seinerseits weiterverarbeitet wird. Ent¬ sprechende Meß-Elektroniken sind dem Fachmann ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der EP-A 814 324, der[010] The mentioned induced voltage arises between at least two galvanic, ie wetted by the liquid, or between at least two capacitors, thus e.g. arranged within the tube wall of the measuring tube, Me߬ electrodes, each of the electrodes picks off a potential for itself. In the most common case, the measuring electrodes are arranged diametrically opposite one another so that their common diameter is perpendicular to the direction of the magnetic field and thus perpendicular to the diameter on which the coil arrangements lie. The induced voltage is amplified and processed by means of an evaluation circuit to a measurement signal, which is registered, displayed or in turn further processed. Corresponding measuring electronics are likewise known to the person skilled in the art, for example from EP-A 814 324, which
[011] EP-A 521 169 oder der WO-A 01/90702.[011] EP-A 521 169 or WO-A 01/90702.
[012] Neben der eigentlichen Meßfunktion weisen moderne magnetisch-induktive Durch¬ flußmesser oftmals auch übergeordnete Diagnosefunktionen auf, mittels denen der Durchflußmesser im Betrieb einem Selbsttest unterzogen werden kann. Derartige Dia¬ gnosefunktionen sind beispielsweise in der bereits erwähnten US-B 67 63 729 oder der EP-A 12 17 337 beschrieben.In addition to the actual measuring function, modern magneto-inductive flow meters often also have superordinate diagnostic functions by means of which the flowmeter can be subjected to a self-test during operation. Such diagnostic functions are described, for example, in the already mentioned US Pat. No. 6,763,729 or EP-A 12 17 337.
[013] Bei einem solchen Selbsttest kann zum einen eine Prüfung dahingehend erfolgen, ob alle Komponenten des Meßgeräts voll funktionsfähig sind, und zum anderen da¬ hingehend, ob der Meßbetrieb vorschriftsmässig abläuft. Ist das Ergebnis eines solchen Selbsttests positiv, liegen also keine Fehlfunktionen des Meßgeräts bzw. des Meßbetriebs vor, so ist gewährleistet, dass das von dem Meßgerät ausgegebene Me¬ ßergebnis - natürlich innerhalb vorgegebener Fehlertoleranzen - dem aktuell tatsächlich vorliegenden Wert entspricht. Im besonderen können im Rahmen eines solchen Selbsttests einzelne Komponenten und Bauteile des Meßgeräts z.B. mittels Im¬ pedanzmessungen oder Messungen des ohmschen Widerstands bzw. der Leitfähigkeit auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft werden. Ferner ist es auch z. B. die Ein¬ stelldaten bei der Eingabe auf Plausibilität zu überprüfen. Dabei werden z.B. Eingaben, die ausserhalb des zulässigen Bereichs liegen, abgelehnt und nicht übernommen. Unabhängig von der Prüfung der Einstelldaten bei der Eingabe werden die aus den Einstelldaten berechneten Daten, die direkt den Meßbetrieb des Meßgeräts steuern, noch einmal auf ihre erlaubten Grenzen hin überprüft. Diese Überprüfung erfolgt vor Aufnahme des Meßbetriebs, so dass bei Auftreten eines Fehlers bezüglich der Ein¬ stelldaten eine entsprechende Fehler-Meldung ausgegeben werden kann und die Messung entsprechend nicht durchgeführt wird.In such a self-test, on the one hand, a check can be made as to whether all components of the measuring instrument are fully functional, and on the other hand, whether the measuring operation is proceeding according to the regulations. If the result of such a self-test is positive, ie if there are no malfunctions of the measuring instrument or of the measuring operation, then it is ensured that the measured value output by the measuring instrument-of course within predefined fault tolerances-corresponds to the currently actually present value. In particular, under a such self-tests individual components and components of the measuring device, for example by means of impedance measurements or measurements of the ohmic resistance or the conductivity are checked for their functionality. Furthermore, it is also z. B. to check the Ein¬ stelldaten when entering plausibility. For example, entries that are outside the permitted range are rejected and not accepted. Independently of the check of the setting data during the input, the data calculated from the setting data, which directly control the measuring operation of the measuring device, are checked again for their permitted limits. This check is carried out before starting the measuring operation, so that when an error occurs with respect to the setting data, a corresponding error message can be output and the measurement is not carried out accordingly.
[014] Bei dem in der EP-A 12 17 337 beschriebenen Meßgerät wird vorgeschlagen denIn the measuring device described in EP-A 12 17 337 is proposed the
Erregerstrom in seiner Stromstärke variierbar zu halten, die dem Erregerstrom ent¬ sprechende Meßspannung zu messen und aufgrund einer einen Schwellwert über¬ steigenden Abweichung der bei verschiedenen Stromstärke gemessenen Meßspan- nungshöhen von dem durch die Funktion zwischen dem Erregerstrom und der Meßspannung für die Meßspannung erwartete Spannungsghöhe eine Fehlfunktion des Meßbetriebs des Meßgeräts feststellbar ist. Es wird somit die als bekannt vor¬ ausgesetzte und für den Meßbetrieb grundlegende Funktion zwischen dem Er¬ regerstrom und der Meßspannung zur Prüfung des Meßbetriebs verwendet. Im einfachsten Fall kann es sich bei dieser Funktion zwischen dem Erregerstrom und der Meßspannung um eine lineare Funktion handeln, so daß eine Fehlfunktion des Meßbetriebs des Meßgeräts einfach durch ein Abweichen der bei voneinander ver¬ schiedenen Stromstärken erzielten Meßspannunghöhen um mehr als einen Schwellwert von einem linearen Verlauf feststellbar ist.To keep exciting current variable in its current, to measure the exciting current ent¬ speaking measuring voltage and due to a threshold value über¬ increasing deviation measured at different current Meßspan- heights of the expected by the function between the excitation current and the measuring voltage for the voltage level a malfunction of the measuring operation of the meter is detected. Thus, the function, which is known as pre-exposed and fundamental for the measuring operation, between the excitation current and the measuring voltage is used to test the measuring operation. In the simplest case, this function between the exciting current and the measuring voltage may be a linear function, so that a malfunction of the measuring operation of the measuring device by simply varying the measured voltage levels obtained at mutually different current levels by more than a threshold value of a linear Course is detectable.
[015] Demgegenüber wird bei dem in der US-B 67 63 729 beschriebenen Durch¬ flußmesser die Überprüfung dadurch vorgenommen, daß man nach der Änderung der Stromrichtung mindestens einen Parameter des Anstieges des Stromes ermittelt und diesen mit einem Referenzwert vergleicht. Dabei wird als Parameter eine Zeitspanne verwendet, die zwischen zwei vorbestimmten Stromwerten verstreicht. Da der Anstieg des Stromes einer vorbestimmten physikalischen Gesetzmässigkeit genügt, in der Regel einer e-Funktion, reicht es aus, die Anstiegszeit zwischen zwei Werten zu ermitteln, um eine zuverlässige Aussage über den Stromanstieg an sich zu gewinnen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann als Parameter eine Zeitspanne verwenden, die zwischen dem Umschalten der Stromrichtung und dem Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes verstreicht. Der Zeitpunkt des Umschaltens ist sehr genau zu ermitteln. Beispielsweise läßt sich das das Umschaltsignal auch als Triggersignal für einen Zeitzähler verwenden. Der vorbestimmte Stromwert kann beispielsweise in der Nähe des maximalen Stromwertes liegen, d. h. in der Nähe der Stromstärke, die sich nach dem Einschwingen des Magnetfelds auf einen für die Messung geeigneten konstanten Wert einstellt. Weiters wird in der US-B 67 63 729 nach dem Umschalten eine erhöhte Spannung zu verwenden. Wie bereits in der US-A 60 31 740 geoffenbart, beschleunigt eine solche Überspannung den Aufbau des Magnetfeldes, da sie den Stromanstieg erhöht, und ermöglicht somit, daß die eigentliche Messung wieder schneller vorgenommen werden kann.On the other hand, in the flow meter described in US Pat. No. 6,763,729, the check is carried out by determining at least one parameter of the rise of the current after the change of the current direction and comparing this with a reference value. In this case, the parameter used is a period of time which elapses between two predetermined current values. Since the increase of the current satisfies a predetermined physical law, usually an e-function, it is sufficient to determine the rise time between two values in order to obtain a reliable statement about the current increase per se. Alternatively or additionally, the parameter used may be a period of time which elapses between the switching of the current direction and the reaching of a predetermined current value. The timing of switching is very accurate to determine. For example, the switching signal can also be used as a trigger signal for a time counter. The predetermined current value may be close to, for example are the maximum current value, ie in the vicinity of the current, which adjusts after the settling of the magnetic field to a suitable value for the measurement constant value. Furthermore, in US-B 67 63 729 after switching to use an increased voltage. As already disclosed in US-A 60 31 740, such an overvoltage accelerates the build-up of the magnetic field, since it increases the current increase, thus allowing the actual measurement to be made faster again.
[016] Der Schwellen- oder Referenzwert, bei dessen Übersteigen eine Fehlfunktion des[016] The threshold or reference value, when exceeded, a malfunction of the
Meßbetriebs des Meßgeräts feststellbar ist kann im Durchflussmesser selbst zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt werden. Beispielsweise kann bei der Inbetriebnahme der gewünschte Parameter festgestellt und als Referenzwert in einem in der Meßgerät- Elektronik vorgesehenen Mikrocomputer als Digitalwert abgelegt werden, so daß er für künftige Überprüfungsvorgänge zur Verfügung steht. Damit bekommt jeder Durch¬ flußmesser einen individuellen Referenzwert. Der Referenzwert für die Abweichung kann auf unterschiedliche Weisen festgelegt sein, z. B. als konstanter absoluter Wert. Ferner ist es möglich, den Schwellenwert als prozentualer Anteil vom Meßbe¬ reichsendwert für die Meßspannung festzulegen. Auf diese Weise läßt es sich erreichen, durch einmaliges Festlegen des Schwellenwerts - nämlich als prozentualen Anteil vom Meßbereichsendwert für die Ausgangsgröße - eine Einstellung des Meßgeräts zu erzielen, die für alle einstellbaren Meßbereiche des Meßgeräts verwendbar ist.Measuring operation of the meter is detected can be determined in the flow meter itself at an earlier time. For example, during commissioning, the desired parameter can be determined and stored as a reference value in a provided in the meter electronics microcomputer as a digital value, so that it is available for future verification operations. This gives each Durch¬ flow meter an individual reference value. The reference value for the deviation may be determined in different ways, e.g. B. as a constant absolute value. Furthermore, it is possible to set the threshold value as a percentage of the measuring range end value for the measuring voltage. In this way it can be achieved by setting the threshold once - namely as a percentage of the Meßbereichsendwert for the output - to achieve a setting of the meter that can be used for all adjustable ranges of the meter.
[017] Bei der Feststellung einer Fehlfunktion des Meßbetriebs des Meßgeräts sind im übrigen verschiedene Vorgänge möglich. Beispielsweise kann der Meßbetrieb des Meßgeräts beendet werden, da ja keine verläßlichen Meßergebnisse mehr erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich können bei der Feststellung einer Fehlfunktion des Meßbetriebs aber auch optische und/oder akustische Warnmeldungen ausgegeben werden.Incidentally, in determining a malfunction of the measuring operation of the measuring apparatus, various operations are possible. For example, the measuring operation of the meter can be terminated, since no more reliable measurement results are achieved. Alternatively or additionally, however, visual and / or audible warning messages can also be output when determining a malfunction of the measuring operation.
[018] Trotz dieser aus dem Stand der Technik schon bekannten Verfahren für Selbsttests von Meßgeräten besteht ein Bedarf dahingehend, weitere Verfahren für Selbsttests be¬ reitzustellen, mit denen noch genauer festgestellt werden kann, ob eine Fehlfunktion des Meßbetriebs oder des Meßgeräts selbst vorliegt. Insbesondere kann nämlich der Fall auftreten, daß einzelne Komponenten des Meßgeräts nur gering von ihren Sollwerten abweichen, so daß jede einzelne Komponente im Rahmen eines Selbsttests als voll funktionsfähig eingestuft wird, jedoch im Zusammenspiel der Komponenten ein solcher Meßbetrieb generiert wird, der fehlerhaft ist und bei dem die angegebene Genauigkeit der Meßwerte nicht gewährleistet werden kann.[018] In spite of these prior art methods of self-testing measuring instruments, there is a need to provide further self-testing methods that can more accurately determine whether there is a malfunction of the measuring operation or the meter itself. In particular, namely the case may occur that individual components of the meter differ only slightly from their nominal values, so that each component is classified as fully functional in a self-test, but in the interaction of the components such a measurement operation is generated, which is faulty and at the specified accuracy of the measured values can not be guaranteed.
[019] Darüber hinaus hat es sich ferner gezeigt, daß aufgrund dessen, daß im Ma¬ gnetsystem aufgrund des Umschaltens und des Anstiegs des Spulenstroms Wir- beiströme induziert werden, die, wie auch in der US-A 60 31 740 diskutiert, verhindern, daß der Anstieg des Magnetfelds exakt dem Anstieg des Spulenstroms folgt, wie dies ohne Spulenkerne und/oder Polschuhe der Fall wäre. Vielmehr wird der Anstieg des Magnetfelds gegenüber dem des Spulenstroms verzögert und verflacht.Moreover, it has also been found that, owing to the fact that, in the magnetic system, due to the switching and the increase of the coil current induced currents, which, as discussed in US-A 60 31 740, prevent the increase of the magnetic field follows exactly the increase of the coil current, as would be the case without coil cores and / or pole shoes. Rather, the increase of the magnetic field is delayed and flattened compared to the coil current.
[020] Im Idealfall entspricht der Stromverlauf in der Spulenanordnung dem Verlauf desIdeally, the current flow in the coil arrangement corresponds to the course of the
Magnetfelds. Aufgrund von Wirbelströmen, die während des Umschaltens des Ma¬ gnetfeldes in den Polschuhen und Kernen der Spulenanordnung entstehen, treten in der Realität Abweichungen vom Idealfall auf. Der außerhalb der Spulenanordnung gemessene Spulenstrom entspricht daher der Summe des in der Spule fließenden Stroms und des durch die Wirbelströme erzeugten Stroms. Wird der außerhalb der Spulenanordnung gemessene Strom als Regelgröße verwendet, ist folglich zwar der Strom nicht aber das Magnetfeld konstant. Dies gilt solange, wie die Wirbelströme nicht abgeklungen sind.Magnetic field. Due to eddy currents that arise during the switching of the magnetic field in the pole shoes and cores of the coil arrangement, deviations from the ideal case occur in reality. The coil current measured outside the coil arrangement therefore corresponds to the sum of the current flowing in the coil and the current generated by the eddy currents. If the current measured outside the coil arrangement is used as the controlled variable, then the current is not constant but the magnetic field is constant. This applies as long as the eddy currents have not decayed.
[021] Diese nachteilige Wirkung der Wirbelströme tritt auch bei und trotz der erwähntenThis adverse effect of the eddy currents also occurs and despite the mentioned
Spannungsüberhöhung auf. Die Wirkung der Wirbelströme läßt sich dadurch veran¬ schaulichen, daß angenommen wird, daß der (Spulen-) Induktivität eine Wirbelstrom- Quelle parallelgeschaltet ist, deren Strom sich mit dem Strom in der Induktivität zum gesamten Erregerstrom addiert. Somit ist der Spannungsabfall an einem in Reihe zur Induktivität der Feldspule liegenden Widerstand zwar ein Maß für den Erregerstrom, nicht jedoch für den mit dem Magnetfeld tatsächlich korrespondierenden, wahren Feldstrom in der Induktivität. Dies ist aber, wie auch in der EP-A 14 60 394 diskutiert, für eine exakte Regelung des Magnetfelds erforderlich und insoweit auch für die Überprüfung des Magnetfeld-Systems von Vorteil.Voltage overshoot. The effect of the eddy currents can be illustrated by assuming that the (coil) inductance is connected in parallel to an eddy current source whose current adds to the current in the inductance to the total exciter current. Thus, although the voltage drop across a resistor in series with the inductance of the field coil is a measure of the excitation current, it does not account for the true field current in the inductance actually corresponding to the magnetic field. However, this is, as also discussed in EP-A 14 60 394, required for an exact control of the magnetic field and as far as for the review of the magnetic field system of advantage.
[022] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein[022] It is therefore an object of the invention to provide a method with which a
Durchflußmesser der beschriebenen Art während des laufenden Meßbetriebs überprüft werden kann und insofern Fehlfunktionen des Meßgeräts sehr genau und auf einfache Weise erfaßt und ggf. auch lokalisiert werden können.Flow meter of the type described during the current measurement operation can be checked and insofar malfunction of the meter can be detected very accurately and easily and possibly also localized.
[023] Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Überprüfen eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers mit einem Meßrohr zum Führen eines zu messenden Fluids und mit einem Magnetfeld-System, das wenigstens eine zumindest zeitweise von einem Erregerstrom durchflossene Feldspule zum Erzeugen eines das Fluid zumindest teilweise senkrecht zu einer Strömungsrichtung durch¬ setzenden Magnetfelds aufweist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:To solve the problem, the invention consists in a method for testing a magnetic-inductive flow meter with a measuring tube for guiding a fluid to be measured and with a magnetic field system, the at least one at least temporarily traversed by an excitation current field coil for generating a the Fluid having at least partially perpendicular to a flow direction durch¬ putting magnetic field, which method comprises the following steps:
[024] - Ändern einer den Erregerstrom zumindest zeitweise treibenden Spannung zu einem ersten Zeitpunkt, von einer momentanen, insb. von Null verschiedenen, ersten Spannungshöhe auf eine, insb. konstante oder konstant-geregelte, zweite Span¬ nungshöhe zum Erhöhen einer Stromstärke des von der Spannung getriebenen und in der wenigstens einen Feldspule fließenden Erregerstroms auf einen maximalen Stromwert, wobei die zweite Spannungshöhe größer gewählt wird als die erste S pan- nungshöhe,[024] changing a voltage that drives the excitation current at least temporarily at a first time, from a momentary, in particular zero, first voltage level to an, in particular constant or constantly regulated, second voltage level for increasing a current intensity of the voltage driven and flowing in the at least one field coil excitation current to a maximum Current value, wherein the second voltage level is chosen to be greater than the first voltage level,
[025] - Ändern der den Erregerstrom momentan treibenden Spannung zu einem zweiten[025] Change the voltage currently driving the exciting current to a second one
Zeitpunkt von der zweiten Spannungshöhe auf eine, insb. konstante oder konstant¬ geregelte, dritte Spannungshöhe zum Absenken des Stromstärke des momentan in der wenigstens einen Feldspule fließenden Erregerstroms vom maximalen Stromwert auf einen für den Erregerstrom vorgegebenen, insb. konstanten, Strom-Endwert wobei die dritte Spannungshöhe kleiner gewählt wird als die zweite SpannungshöheTime from the second voltage level to one, esp. Constant or konstant¬ regulated, third voltage level for lowering the current intensity of the currently flowing in the at least one field coil excitation current from the maximum current value to a predetermined for the excitation current, esp. Constant, current end value wherein the third voltage level is selected smaller than the second voltage level
[026] - Erfassen des Erregerstroms zumindest zeitweise zum Ermitteln eines dritten[026] - Detecting the excitation current at least temporarily to determine a third
Zeitpunktes der mit einem Erreichen des Strom-Endwerts korrespondiert,Time that corresponds to reaching the final current value,
[027] - Ermitteln einer ersten Zeitkonstante für das Magnetfeld-System, die mit einer zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt liegenden Zeitspanne kor¬ respondiert, und/oder Ermitteln einer zweiten Zeitkonstante für das Magnetfeld- System, die mit einer zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem dritten Zeitpunkt liegenden Zeitspanne korrespondiert, undDetermining a first time constant for the magnetic field system that corresponds to a time period lying between the second time point and the third time point, and / or determining a second time constant for the magnetic field system, which one with the one between the first Time and the third time corresponds time, and
[028] - Vergleichen der Ermittelten ersten Zeitkonstante mit einem vorgegebenen ersten[028] - comparing the determined first time constant with a predetermined first
Referenzwert und/oder Vergleichen der Ermittelten zweiten Zeitkonstante mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert zum Ermitteln eines einen momentanen Betrie¬ bszustand des Durchflußmessers repräsentierenden Diagnosewerts.Reference value and / or comparison of the determined second time constant with a predetermined second reference value for determining a diagnosis value representing a momentary operating state of the flow meter.
[029] Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die dritte Spannungshöhe kleiner gewählt ist als die erste Spannunghöhe.A first embodiment of the method according to the invention provides that the third voltage level is chosen smaller than the first voltage level.
[030] Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, daß die den Erregerstrom zumindest zeitweise treibende Spannung derart geändert wird, daß deren zweite Spannungshöhe während einer zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt liegenden Zeitspanne zumindest zeitweise, insb. auch unmittelbar vor dem zweiten Zeitpunkt, im wesentlichen konstant ist.[030] A second embodiment of the method according to the invention includes that the voltage driving the excitation current at least temporarily is changed such that its second voltage level during a period of time lying between the first time and the second time at least temporarily, esp. Also immediately before the second time , is substantially constant.
[031] Eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, das wenigstens eine Feldspule der Spulenanordnung zum Einstellen der Spannung auf die dritte Spannungshöhe zumindest zeitweise kurzgeschlossen wird.A third embodiment of the method according to the invention provides that at least one field coil of the coil arrangement is at least temporarily short-circuited to set the voltage to the third voltage level.
[032] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den als in sehr starkem Maße vom momentanen Betriebszustand des Durchflußmessers, insb. aber vom momentanen Zustand des Magnetfeld-Systems abhängig und insoweit als sehr empfindlich auf Ver¬ änderungen im Magnetfeld-System reagierend erkannten dritte Zeitpunkt - gemeint ist hier im besonderen die von einem geeigneten Referenzzeitpunkt gemessene Zeitspanne - des eingangs beschriebenen Verfahrens zur Erregerstrom- bzw. Magnetfeld- Einstellung zur Überwachung des Durchflußmessers, insb. des Magnetfeld-Systems, zu verwenden. Die Erfindung basiert dabei u.a. auf der Erkenntnis, daß das Fehler im Magnetfeld-System einen signifikanten Einfluß auf die beiden erwähnten Zeitspannen der Reglung für den Erregerstrom haben.[032] A basic idea of the invention is the third point in time, which reacts to a very great extent as a function of the instantaneous operating state of the flow meter, but in particular of the instantaneous state of the magnetic field system and is therefore very sensitive to changes in the magnetic field system - It is meant here in particular the time period measured by a suitable reference time point - of the method described above for exciting current or magnetic field setting for monitoring the flow meter, esp. Of the magnetic field system to use. The invention is based inter alia on the finding that the error in the magnetic field system has a significant influence on the two mentioned periods of time have the regulation for the excitation current.
[033] Das Verfahren der Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand von in denThe method of the invention and further advantages will now be described with reference to FIGS
Figuren der Zeichnung dargestellten Zeitdiagrammen und schematisierten Schaltbildern eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers näher erläutert.Figures of the drawing illustrated timing diagrams and schematized diagrams of a magnetic-inductive flowmeter explained in more detail.
[034] Fig. 1, 2 zeigen schematisch bzw. in der Form eines Blockschaltbilds einen für denFigs. 1, 2 show schematically and in the form of a block diagram one for the
Ablauf des Verfahrens der Erfindung geeignetes - hier magnetisch-induktiver Durch¬ flußmesser ausgebildetes - Prozeß-Meßgerät,Process of the invention suitable - here magnetic-inductive Durch¬ flow meter trained - process measuring device,
[035] Fig. 3 zeigt schematisch ein Zeitdiagramm eines im Betrieb des Prozeß-Meßgeräts gemäß Fig. 1 und 2 fließenden Erregerstroms,3 schematically shows a time diagram of an excitation current flowing during operation of the process measuring device according to FIGS. 1 and 2,
[036] Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer H-Schaltung,FIG. 4 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment with an H circuit, FIG.
[037] Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einer H-Schaltung,FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment with an H circuit, FIG.
[038] Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer T-Schaltung,FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a first exemplary embodiment with a T-circuit, FIG.
[039] Fig. 7 zeigt ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einer T-Schaltung,FIG. 7 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment with a T-circuit, FIG.
[040] Fig. 8 zeigen Kurvenverläufe des Spulenstroms und der magnetischen Induktion bzw. der Spannung der Spannungsquelle,FIG. 8 shows waveforms of the coil current and the magnetic induction or the voltage of the voltage source, FIG.
[041] Fig. 9 zeigt ein Russdiagramm eines bei der Erfindung verwendeten Mikro¬ prozessors.[041] FIG. 9 shows a soot diagram of a micro-processor used in the invention.
[042] Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Spulenstroms und des zeitlichen Verlaufs des Magnetfeldes bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung,10 shows a graphical representation of the time course of the coil current and the time course of the magnetic field in the solution known from the prior art,
[043] Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der an der Spulen¬ anordnung anliegenden Spannung bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung,11 shows a graph of the time profile of the voltage applied to the coil arrangement in the solution known from the prior art, FIG.
[044] Fig. 12 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der an der Spulen¬ anordnung anliegenden Spannung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und[044] FIG. 12 is a graphic representation of the time profile of the voltage applied to the coil arrangement in the device according to the invention and FIG
[045] Fig. 13 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Spulenstroms und des zeitlichen Verlaufs des Magnetfeldes bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.[045] FIG. 13 is a graph showing the time course of the coil current and the time course of the magnetic field in the device according to the invention.
[046] In Fig. 1 ist schematisch und teilweise in der Form eines Blockschaltbilds ein für den Ablauf des Verfahrens der Erfindung geeigneter magnetisch-induktiver Durch¬ flußmesser dargestellt, mittels dem Meßwerte für zumindest eine physikalische Größe eines in einer - hier nicht gezeigten - Rohrleitung strömenden Mediums, insb. eines Fluids, erzeugt werden können. Beispielsweise kann der Durchflußmesser dazu verwendet werden, einen Volumendurchfluß und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit zu messen. [047] Der hier gezeigte Durchflußmesser umfaßt einen Durchflußaufnehmer 1 zum1 shows schematically and partly in the form of a block diagram an electromagnetic flowmeter suitable for the process of the invention, by means of which measured values for at least one physical variable of a pipeline are shown here flowing medium, esp. Of a fluid can be generated. For example, the flowmeter may be used to measure a volumetric flow rate and / or a flow rate of an electrically conductive fluid. [047] The flowmeter shown here comprises a flow sensor 1 for
Erzeugen von mit der zu messenden physikalischen Größe korrespondierenden Me߬ potentialen, eine einen Mikrocomputer aufweisende Meßgerät-Elektronik mit einer, insb. ebenfalls zumindest teilweise mittels des Mikrocomputers realisierte, Meß- und Betriebsschaltung 2 zum Erfassen der Meßpotentiale und zum Erzeugen wenigstens eines mit der physikalischen Größe korrespondierenden Meßsignals sowie eine, insb. mittels des Mikrocomputers realisierte, Auswerte-Schaltung 3, die dazu dient die Meß- und Betriebsschaltung 2 und somit auch den Durchflußaufnehmer 1 anzusteuern sowie unter Verwendung des wenigstens einen Meßsignals die physikalischen Größe reprä¬ sentierenden Meßwerte zu erzeugen. Die Meß- und Betriebsschaltung 2 und ggf. auch einige Komponenten des Durchflußaufnehmers 1 können beispielsweise, wie auch in Fig. 2 schematisch angedeutet, in einem Elektronikgehäuse 10 des Durchflußmessers untergebracht sein.Generating Me߬ potentials corresponding to the physical quantity to be measured, a measuring device having a microcomputer with a, especially also at least partially realized by the microcomputer, measuring and operating circuit 2 for detecting the measuring potentials and generating at least one with the physical Size corresponding measuring signal and an, especially by means of the microcomputer realized, evaluation circuit 3, which serves to control the measuring and operating circuit 2 and thus the flow sensor 1 and to generate using the at least one measurement signal, the physical size reprä¬ sent measurements , The measuring and operating circuit 2 and possibly also some components of the Durchflußaufnehmers 1, for example, as shown schematically in Fig. 2, be housed in an electronics housing 10 of the flow meter.
[048] Zum Durchflußaufnehmer 1 gehört ein in den Verlauf der erwähnten Rohrleitung einsetzbares Meßrohr 11, das eine Rohrwand aufweist und durch das im Betrieb in Richtung einer Meßrohrlängsachse das zu messende Fluid strömen gelassen wird.For Durchflußaufnehmer 1 includes an insertable in the course of the aforementioned pipe measuring tube 11, which has a tube wall and is allowed to flow through the operating in the direction of a Meßrohrlängsachse the fluid to be measured.
[049] Zur Vermeidung eines Kurzschließens von im Fluid induzierten Spannungen ist ein das Fluid berührendes Innenteil des Meßrohrs 11 elektrisch nicht-leitend ausgeführt. Metall-Meßrohre sind dafür üblicherweise innen mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht, z.B. aus Hartgummi, Polyfluorethylen etc., versehen und auch im allgemeine nicht-ferromagnetisch; bei vollständig aus einem Kunststoff oder aus einer Keramik, insb. aus Aluminiumoxid-Keramik, bestehenden Meßrohren ist die elektrisch nichtleitende Schicht demgegenüber nicht erforderlich.In order to avoid a short-circuiting of stresses induced in the fluid, an inner part of the measuring tube 11 contacting the fluid is made electrically non-conductive. Metal measuring tubes are usually for this purpose inside with an electrically non-conductive layer, e.g. made of hard rubber, polyfluoroethylene, etc., provided and also in general non-ferromagnetic; when completely made of a plastic or ceramic, esp. Alumina ceramic, existing measuring tubes, the electrically non-conductive layer is not required in contrast.
[050] Eine von einer in der Meß- und Betriebsschaltung 2 vorgesehenen Treiber-[050] One of a driver circuit provided in the measuring and operating circuit 2
Elektronik 21 angesteuerte Spulenanordnung eines Magnetfeld-Systems des Durch¬ flußmessers weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine am Meßrohr 11 angeordnete erste Feldspule 12 und eine am Meßrohr 11 angeordnete zweite Feldspule 13 auf. Die Feldspulen 12, 13 liegen auf einem ersten Durchmesser des Meßrohrs 11. Das Magnetfeld-System dient dazu, im Zusammenspiel mit der Meßgerät-Elektronik ein die Rohrwand und das hindurchströmende Fluid durchsetzendes Magnetfeld B zu erzeugen. Dieses entsteht, wenn in den, hier in Reihe geschalteten, Feldspulen 12, 13 ein von der Treiber-Elektronik 21 getriebener Erregerstrom I fließen gelassen wird. Der, insb. bi-polar, Erregerstrom I kann hierbei z.B. im wesentlichen rechteckförmig oder zumindest rechteckähnlich ausgebildet sein.Electronics 21 controlled coil arrangement of a magnetic field system of Durch¬ flow meter has in the illustrated embodiment, a measuring tube 11 arranged on the first field coil 12 and arranged on the measuring tube 11 second field coil 13. The field coils 12, 13 are located on a first diameter of the measuring tube 11. The magnetic field system is used in conjunction with the meter electronics to generate a magnetic field B passing through the tube wall and the fluid flowing through it. This occurs when, in the field coils 12, 13 connected in series here, an excitation current I driven by the driver electronics 21 is allowed to flow. The, in particular bi-polar, exciting current I can in this case e.g. be formed substantially rectangular or at least rectangular-like.
[051] In Fig. 3 ist gezeigt, daß die Feldspulen 12, 13 keinen Kern enthalten, also so genannte Luftspulen sind. Die Feldspulen 12, 13 können jedoch auch, wie bei derartigen Spulenanordnungen üblich, um einen Kern gewickelt sein, der i.A. weich¬ magnetisch ist, wobei die Kerne mit Polschuhen zusammenwirken können, vgl. z.B. die US-A 55 40 103.[051] It is shown in FIG. 3 that the field coils 12, 13 do not contain a core, that is to say so-called air coils. However, the field coils 12, 13 can also, as is usual with such coil arrangements, be wound around a core, which is generally soft-magnetic, wherein the cores can cooperate with pole shoes, cf. eg US-A 55 40 103.
[052] Die im gezeigten Ausfiihrungsbeispiel gezeigte Spulenanordnung ist hier so ausgeführt, insb. sind die beiden Feldspulen 12, 13 so geformt und dimensioniert, daß das damit erzeugte Magnetfeld H innerhalb des Meßrohrs 11 zumindest bezüglich eines zum ersten Durchmesser senkrechten zweiten Durchmessers symmetrisch, insb. rotationssymmetrisch, ausgebildet ist.The coil arrangement shown in the embodiment shown here is embodied here, esp. The two field coils 12, 13 are shaped and dimensioned so that the magnetic field H generated thereby within the measuring tube 11 at least with respect to a second diameter perpendicular to the first diameter symmetrical, esp is rotationally symmetrical, is formed.
[053] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird mittels der Treiber-Elektronik 21 ein, insb. auf konstante Amplitude geregelter, Gleichstrom erzeugt, der dann mittels eines entsprechenden, beispielsweise in H- oder T-Schaltung konfigurierten, Schaltwerks periodisch umgeschaltet und so zu einem Wechselstrom mit geregelter Amplitude moduliert wird. Infolgedessen wird also der Erregerstrom I so durch die Spulen¬ anordnung fließengelassen, daß die Spulen 12, 13, wie in Fig. 2a schematisch dargestellt, während einer ersten Schaltphase PHl 1 jeweils in einer ersten Stromrichtung und während einer auf die erste Schaltphase folgenden zweiten Schaltphase PH12 jeweils in einer zur ersten Stromrichtung umgekehrten Ge¬ genrichtung durchflössen sind, vgl. zu Stromregelung und -umpolung z.B. auch die US-A 44 10 926 oder dieAccording to one embodiment of the invention, by means of the driver electronics 21 a, in particular. Constant amplitude regulated, DC generated, which then switched by means of a corresponding, for example configured in H or T circuit, switching mechanism periodically and so to a AC is modulated with controlled amplitude. As a result, therefore, the exciting current I is flowed through the Spulen¬ arrangement that the coils 12, 13, as shown schematically in Fig. 2a during a first switching phase PHl 1 each in a first current direction and during a second switching phase following the first switching phase PH12 are respectively flowed through in a Ge direction opposite to the first current direction, cf. for current regulation and reversal, e.g. also US-A 44 10 926 or
[054] US-A 60 31 740.[054] US-A 60 31 740.
[055] Auf die zweite Schaltphase PH12 folgt eine dritte Schaltphase PH21, während der der Erregerstrom I wieder in der ersten Stromrichtung fließt. Auf die dritte Schaltphase folgt eine vierte Schaltphase PH22, während der der Erregerstrom I wieder in der Ge¬ genrichtung fließt. Darauf folgt eine entsprechende Schaltphase PH31 u.s.w. Bezüglich der Umkehrung der Richtung des Erregerstroms I bilden jeweils zwei der aufeinander¬ folgenden Schaltphasen eine Umschaltperiode Pl, P2, P3 u.s.w. Einhergehend mit der Umpolung des die Spulenanordnung durchfließenden Erregerstroms I, abgesehen von einer allfälligen Schaltphasenverschiebung im wesentlichen synchron dazu wird auch das Magnetfeld H wiederholt umgepolt, vgl. hierzu Fig. 2a.The second switching phase PH12 is followed by a third switching phase PH21, during which the excitation current I flows again in the first current direction. The third switching phase is followed by a fourth switching phase PH22, during which the exciter current I flows again in the direction opposite to Ge. This is followed by a corresponding switching phase PH31 and so on. With respect to the reversal of the direction of the excitation current I, two of the successive switching phases each form a switching period P1, P2, P3 and so on. Along with the polarity reversal of the exciting current flowing through the coil arrangement I, apart from a possible switching phase shift essentially synchronously with it, the magnetic field H is also repeatedly reversed, cf. see Fig. 2a.
[056] Zum Erzeugen wenigstens eines mit der Meßgröße korrespondierenden elektrischen[056] For generating at least one electric current corresponding to the measured quantity
Meßsignals ist femer eine am Meßrohr oder zumindest in dessen Nähe angeordnete Sensoranordnung im Meßaufnehmer vorgesehen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoranordnung praktisch direkt am Meßrohr angebrachte Elektroden auf. Eine an einer Innenseite der Rohrwand des Meßrohrs 11 angeordnete erste Elektrode 14 dient dabei dem Abgriff eines vom Magnetfeld H induzierten ersten Potentials e 14. Eine in der gleichen Weise angeordnete zweite Elektrode 15 dient ferner dem Abgriff eines vom Magnetfeld induzierten zweiten Potentials e . Die Me߬ elektroden 14, 15 liegen auf dem zum ersten Durchmesser und zur Meßrohlängsachse senkrechten zweiten Durchmesser des Meßrohrs 11, sie können aber z.B. auch auf einer zum zweiten Durchmesser parallelen Sehne des Meßrohrs 11 liegen, vgl. hierzu auch die US-A 5646 353.Measuring signal is furthermore provided on the measuring tube or at least in its vicinity arranged sensor arrangement in the transducer. According to one embodiment of the invention, the sensor arrangement has electrodes mounted directly on the measuring tube. A first electrode 14 arranged on an inner side of the tube wall of the measuring tube 11 serves to pick off a first potential e induced by the magnetic field H. A second electrode 15 arranged in the same way also serves to pick off a second potential e induced by the magnetic field. The Me߬ electrodes 14, 15 lie on the first diameter and the Meßrohlängsachse perpendicular second diameter of the measuring tube 11, but they can for example also lie on a parallel to the second diameter chord of the measuring tube 11, see. For this also US Pat. No. 5,646,353.
[057] In Fig. Ib sind die Meßelektroden 14, 15 als galvanische Meßelektroden gezeigt, also als solche, die das Fluid berühren. Es können jedoch auch zwei kapazitive, also z.B. innerhalb der Rohrwand des Meßrohrs 11 angeordnete, Meßelektroden verwendet werden. Jede der Meßelektroden 14, 15 greift für sich ein elektrisches Potential e , eIn FIG. 1b, the measuring electrodes 14, 15 are shown as galvanic measuring electrodes, ie as those which touch the fluid. However, two capacitive, e.g. inside the tube wall of the measuring tube 11 arranged, measuring electrodes are used. Each of the measuring electrodes 14, 15 seizes an electrical potential e, e
14 15 ab, das im Betrieb aufgrund des Faraday-Gesetzes im hindurchströmenden Fluid induziert wird. [058] Wie in der Fig. Ib gezeigt sind die Meßelektroden 14, 15 im Betrieb zumindest zeitweise mit einem invertierenden bzw. nicht-invertierenden Eingang eines Differenz¬ verstärkers 22 verbunden. Somit wird eine als Meßsignal u dienende Potentialdifferenz der beiden von den Meßelektroden 14, 15 abgegriffenen Potentiale e , e gebildet, das14 15, which is induced in operation due to the Faraday law in the fluid flowing therethrough. As shown in FIG. 1 b, during operation, the measuring electrodes 14, 15 are connected at least temporarily to an inverting or non-inverting input of a differential amplifier 22. Thus, a potential difference of the two potentials e, e tapped off from the measuring electrodes 14, 15, serving as measuring signal u, is formed
14 15 mit einer im hindurchströmenden Fluid aufgebauten Spannung und somit auch mit der zu messenden physikalischen Größe korrespondiert. Die an den Meßelektroden 14, 15 anliegenden Potentiale e , e liegen üblicherweise etwa im Bereich von 10 mV bis 100 mV. Es sei an dieser Stelle allerdings erwähnt, daß die die Potentiale aber auch über separate Meßkanäle abgegriffen, insb. auch einzeln digitalisert, werden können, vgl. hierzu auch die US-A 59 07 103. Das im gezeigten Ausführungsbeispiel ausgangs des Differenzverstärkers 22 anliegende Meßsignal u wird, wie in Fig.la, Ib schematisch dargestellt, der im Durchflußmesser vorgesehenen Auswerteschaltung 3 zugeführt.14 15 corresponds with a built-up in the fluid flowing through the voltage and thus also with the physical quantity to be measured. The applied to the measuring electrodes 14, 15 potentials e, e are usually approximately in the range of 10 mV to 100 mV. It should be mentioned at this point, however, that the potentials but also on separate measuring channels tapped, esp. Also individually digitized, can, see. See also US-A 59 07 103. The output signal shown in the embodiment shown differential amplifier 22 u is, as shown in Fig.la, Ib shown schematically, provided in the flow meter evaluation circuit 3.
[059] Die Fig. 3 und 4 betreffen Ausführungsbeispiele für ein als H-Brückenschaltung ausgelegtes Schaltwerk. In einem ersten Brückenzweig liegt der gesteuerte Strompfad eines ersten Transistors 13, in einem zweiten Brückenzweig der gesteuerte Strompfad eines zweiten Transistors 14, in einem dritten Brückenzweig der gesteuerte Strompfad eines dritten Transistors 15 und in einem vierten Brückenzweig der gesteuerte Strompfad eines vierten Transistors 16. Durch diesen Aufbau ergeben sich vier Eckpunkte 2a, 2b, 2c, 2d der H-Schaltung: Die Transistoren 13, 14 sind durch den Eckpunkt 2c, die Transistoren 14, 16 durch den Eckpunkt 2b, die Transistoren 15, 16 durch den Eckpunkt 2d und die Transistoren 13, 15 durch den Eckpunkt 2a miteinander verbunden. Eine erste Brückendiagonale liegt zwischen den Eckpunkten 2a, 2b und eine zweite Brückendiagonale zwischen den Eckpunkten 2c, 2d. In die zweite Brückendiagonale ist eine wenigstens eine Feldspule umfassende Spulen¬ anordnung 1 eines Magnetfeld-Systems des Durchflußaufnehmers gelegt, d.h. ein erster bzw. ein zweiter Anschluss der Spulenanordnung ist mit dem Eckpunkt 2c bzw. 2d verbunden.[059] FIGS. 3 and 4 relate to exemplary embodiments of a switching mechanism designed as an H-bridge circuit. In a first bridge branch is the controlled current path of a first transistor 13, in a second bridge branch of the controlled current path of a second transistor 14 in a third bridge branch of the controlled current path of a third transistor 15 and in a fourth bridge branch of the controlled current path of a fourth transistor 16 This structure results in four corner points 2a, 2b, 2c, 2d of the H circuit: The transistors 13, 14 through the corner 2c, the transistors 14, 16 through the corner 2b, the transistors 15, 16 through the corner 2d and Transistors 13, 15 connected by the corner 2a with each other. A first bridge diagonal is located between the corner points 2a, 2b and a second bridge diagonal between the corner points 2c, 2d. In the second bridge diagonal coil assembly 1 is at least one field coil of a magnetic field system of the Durchflußaufnehmers set, i. a first and a second terminal of the coil assembly is connected to the corner 2c and 2d, respectively.
[060] Im Betrieb der im Zusammenspiel mit der Spulenanordnung als Rechteck-[060] In operation, in cooperation with the coil arrangement as a rectangular
Modulator wirkenden Schaltungsanordnung sind entweder der erste und der vierte Transistor 13, 16 oder der zweite und der dritte Transisor 14, 15 gleichzeitig leitend gesteuert. Somit kann im ersten Fall (Transistoren 13, 16 leitend) ein (positiv voraus¬ gesetzter) Strom vom Eckpunkt 2a zum Eckpunkt 2b durch die Spulenanordnung 1 und in der durch den nicht-gestrichelt gezeichneten Pfeil angegebenen Richtung fliessen. Sind dagegen die Transistoren 14, 15 leitend, so fliesst der gleiche Strom in umgekehrter Richtung durch die Spulenanordnung 1, wie dies durch den gestrichelt ge¬ zeichneten Pfeil veranschaulicht ist.Modulator acting circuit arrangement are either the first and the fourth transistor 13, 16 or the second and the third transisor 14, 15 simultaneously conductive controlled. Thus, in the first case (transistors 13, 16 conducting) a (positive voraus¬ set) current from the corner 2a to the corner 2b through the coil assembly 1 and in the direction indicated by the non-dashed arrow direction. If, in contrast, the transistors 14, 15 are conductive, the same current flows in the opposite direction through the coil arrangement 1, as is illustrated by the dashed line.
[061] Die Spulenanordnung 1 hat eine Induktivität L und ist Teil eines ein Magnetfeld er¬ zeugenden Magnetsystems eines magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmers, der nicht dargestellt ist, da der mechanische Aufbau solcher Aufnehmer dem Fachmann längst bekannt ist, vgl. die eingangs genannte US-A 42 04 240. Für die Erfindung ist lediglich von Interesse, daß das Magnetsystem einen Spulenkern und/oder einen Polschuh umfaßt.The coil arrangement 1 has an inductance L and is part of a magnetic field generating magnetic system of a magnetic-inductive Durchflußaufnehmers, which is not shown, since the mechanical structure of such transducer has long been known in the art, see. The aforementioned US-A 42 04 240. For the invention is only of interest that the magnet system comprises a coil core and / or a pole piece.
[062] Wie dem Fachmann ebenfalls längst geläufig ist, wird der Erreger- bzw.[062] As the expert has also long been familiar with, the exciter or
Spulenstrom durch das erwähnte abwechselnde Leitendsteuern der Transistoren 13, 16 bzw. 14, 15 so erzeugt, daß er in der ersten Halbperiode einer Periodendauer positiv mit einem konstanten ersten Strom-Endwert und in deren zweiter Halbperiode negativ mit einem konstanten zweiten Strom-Endwert ist, der zum ersten Strom-Endwert be¬ tragsgleich ist. Unter Strom-Endwert wird derjenige konstante Wert des Spulenstroms, z.B. 85 mA, verstanden, der vor dem Umschalten in die andere Stromrichtung fließt.Coil current through the mentioned alternating Leitendsteuern the transistors 13, 16 and 14, 15 is generated so that it is positive in the first half period of a period with a constant first current end value and negative in the second half period with a constant second current end value, which is the same as the first final current value. Under current end value, that constant value of the coil current, e.g. 85 mA, which flows before switching in the other current direction.
[063] Der Eckpunkt 2c liegt in Fig. 3 über einen Widerstand 10 an einem Schaltungs¬ nullpunkt SN. Der Widerstand 10 bildet mit der H-Schaltung 2 eine Serienschaltung und ist vom Spulenstrom durchflössen.The corner point 2c lies in FIG. 3 via a resistor 10 at a circuit zero point SN. The resistor 10 forms a series circuit with the H-circuit 2 and is flowed through by the coil current.
[064] In Fig. 3 ist ferner eine gesteuerte Spannungsquelle 7 dargestellt, die einen Span¬ nungsausgang 7c aufweist und eine über der Serienschaltung, also zwischen dem Eckpunkt 2a und dem Schaltungsnullpunkt SN, liegende, hier positiv vorausgesetzte Spannung bestimmt, vgl. das Pluszeichen am Ausgang 7c. Die gesteuerte Span¬ nungsquelle 7 ist über zwei Anschlüsse 7a, 7b vom Netz gespeist; sie liegt ferner über einen Ausgang 7d am Schaltungsnullpunkt SN. Die Spannung am Ausgang 7c ist über die Anoden-Katoden-Strecke einer Diode 9 an den Eckpunkt 2a gelegt. Zum Schal¬ tungsnullpunkt SN führt von der Katode der Diode 9 und dem Eckpunkt 2a ein Kondensator 12, der eine Kapazität C hat.[064] FIG. 3 also shows a controlled voltage source 7, which has a voltage output 7c and determines a positive voltage that is assumed to be positive above the series connection, that is to say between the corner point 2a and the circuit zero point SN, cf. the plus sign at the output 7c. The controlled voltage source 7 is fed by the network via two terminals 7a, 7b; it is also located at an output 7d at the circuit zero point SN. The voltage at the output 7c is applied to the corner 2a via the anode-cathode path of a diode 9. For the circuit zero point SN, a capacitor 12, which has a capacitance C, leads from the cathode of the diode 9 and the corner point 2 a.
[065] In Fig. 4 ist die Reihenfolge von Spulenanordnung und Widerstand in der Serien¬ schaltung vertauscht: Der Eckpunkt 2b der H-Schaltung 2 liegt nunmehr am Schal¬ tungsnullpunkt SN; dagegen ist der Widerstand als Widerstand 10' nun zwischen dem Ausgang 7c der gesteuerten Spannungsquelle 7 und der Anode der Diode 9 angeordnet. Dies ergibt den Vorteil, daß ein allfälliger Kurzschluß zwischen den Eckpunkten 2c, 2d, also z.B. in der Spulenanordnung 2, die gerade leitenden Transistoren 13, 16 bzw. 14, 15 nicht zerstören kann, da der Spulenstrom durch den Widerstand 10' begrenzt wird.In FIG. 4, the sequence of coil arrangement and resistance in the series circuit is reversed: the corner point 2b of the H circuit 2 now lies at the circuit zero SN; By contrast, the resistor 10 'is now arranged between the output 7c of the controlled voltage source 7 and the anode of the diode 9. This results in the advantage that a possible short circuit between the vertices 2c, 2d, that is, for example, in the coil assembly 2, the straight-conducting transistors 13, 16 and 14, 15 can not destroy, since the coil current through the Resistor 10 'is limited.
[066] Die Fig. 5 und 6 betreffen Ausführungsbeispiele mit einer jeweiligen T-Schaltung 3 bzw. 3'. Ein Widerstand 22 bzw. 22' bildet mit der Spulenanordnung 1 eine Serien¬ schaltung 4 bzw. 4'. Diese ist bei der Schaltung von Fig. 3 so gebildet, daß die Spulen¬ anordnung 1 über den Widerstand 22 am Schaltungsnullpunkt SN liegt, und diese ist vom Spulenstrom durchflössen. Demgegenüber liegt in Fig. 4 am Schaltungsnullpunkt SN der erste Anschluß der Serienschaltung 4'.[066] FIGS. 5 and 6 relate to exemplary embodiments with a respective T-circuit 3 or 3 '. A resistor 22 or 22 'forms a series circuit 4 or 4' with the coil arrangement 1. This is formed in the circuit of Fig. 3 so that the Spulen¬ arrangement 1 via the resistor 22 at the circuit zero point SN, and this is traversed by the coil current. In contrast, in Fig. 4 at the circuit zero point SN, the first terminal of the series circuit 4 '.
[067] Ein erster Anschluß des gesteuerten Strompfads eines ersten Schalter-Transistors 25 ist mit einem zweiten Anschluß der Serienschaltung 4, bzw. 4' verbunden. Ein zweiter Anschluß dieses Strompfads liegt an einem ersten Ausgang 30c einer gesteuerten Spannungsquelle 30, der eine über der Serienschaltung liegende positive Spannung bestimmt, vgl. das Pluszeichen am Ausgang 30c. Ein erster Anschluß des gesteuerten Strompfads eines zweiten Schalter-Transistors 26 ist mit dem zweiten Anschluß der Serienschaltung 4 bzw. 4' verbunden. Ein zweiter Anschluß dieses Strompfads liegt an einem zweiten Ausgang 30d der gesteuerten Spannungsquelle 30, der eine über der Se¬ rienschaltung liegende negative Spannung bestimmt, vgl. das Minuszeichen am Ausgang 30d. Die Schalter-Transistoren 25, 26 werden abwechselnd leitend gesteuert, so daß der Spulenstrom abwechselnd seine Richtung umkehrt, wie die beiden Pfeile an der Spulenanordnung 1 veranschaulichen. Auch hier ist der Spulenstrom in der ersten Halbperiode einer Periodendauer positiv mit einem konstanten ersten Strom-Endwert und in deren zweiter Halbperiode negativ mit einem konstanten zweiten Strom- Endwert, der zum ersten Strom-Endwert betragsgleich ist.[067] A first terminal of the controlled current path of a first switch transistor 25 is connected to a second terminal of the series circuit 4, and 4 ', respectively. A second terminal of this current path is connected to a first output 30c of a controlled voltage source 30 which determines a positive voltage across the series circuit, cf. the plus sign at the output 30c. A first terminal of the controlled current path of a second switch transistor 26 is connected to the second terminal of the series circuit 4 or 4 '. A second terminal of this current path is connected to a second output 30d of the controlled voltage source 30, which determines a negative voltage across the series circuit, cf. the minus sign at the output 30d. The switch transistors 25, 26 are alternately turned on, so that the coil current alternately reverses its direction, as the two arrows on the coil assembly 1 illustrate. Again, the coil current in the first half period of a period is positive with a constant first current end value and in the second half period negative with a constant second current end value, which is the same amount to the first current end value.
[068] In den Fig. 5 und 6 ist die positive Spannung am Ausgang 30c der SpannungsquelleIn Figs. 5 and 6, the positive voltage at the output 30c of the voltage source
30 über die Anoden-Katoden-Strecke einer ersten Diode 31 an den zweiten Anschluß des Schalter-Transistors 25 gelegt. Von diesem Anschluß und der Katode der Diode 31 führt zum Schaltungsnullpunkt SN ferner ein erster Kondensator 33, der eine Kapazität Cl hat. Die negative Spannung am Ausgang 30d der Spannungsquelle 30 ist über die Katoden-Anoden-Strecke einer zweiten Diode 32 an den zweiten Anschluß des Schalter-Transistors 26 gelegt. Von diesem Anschluß und der Katode der Diode 32 führt zum Schaltungsnullpunkt SN ferner ein zweiter Kondensator 34, der eine Kapazität C2 hat.30 is connected across the anode-cathode path of a first diode 31 to the second terminal of the switch transistor 25. From this terminal and the cathode of the diode 31 leads to the circuit zero point SN further comprises a first capacitor 33, which has a capacitance Cl. The negative voltage at the output 30d of the voltage source 30 is applied to the second terminal of the switch transistor 26 via the cathode-anode path of a second diode 32. From this terminal and the cathode of the diode 32 leads to the circuit zero point SN, a second capacitor 34, which has a capacitance C2.
[069] Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 bzw. 5 und 6 bildet die erwähnteIn the embodiments of Figs. 3 and 4 or 5 and 6 forms the mentioned
Induktivität L der Spulenanordnung 1 mit der Kapazität C des Kondensators 12 bzw. mit den Kapazitäten Cl bzw. C2 einen jeweiligen Resonanzkreis. Dieser bewirkt, daß die Spannung über der Serienschaltung resonanz-überhöht ist und der Spulenstrom während eines Anstiegs zu Beginn jeder Halbperiode eine steilere Anstiegsflanke hat, als wenn der Resonanzkreis nicht vorhanden wäre.Inductance L of the coil assembly 1 with the capacitance C of the capacitor 12 and with the capacitors Cl and C2 a respective resonant circuit. This causes the voltage across the series circuit to be resonant-boosted and the coil current to have a steeper rising edge during a rise at the beginning of each half-cycle than if the resonant circuit were not present.
[070] Zur Digitalisierung: Eine das zugeführte Meßsignal u vorzugsweise digitalisiert und entsprechend zumindest abschnittsweise inform digitaler Datensaätze abzuspeichern, so daß zur Ermittlung auch des Diagnosewerts eine Information über den zeitlichen Verlauf eines Abschnitts des Meßsignals u in digitaler Form zur Verfügung gehalten wird.[070] For digitization: A supplied measuring signal u preferably digitized and correspondingly store at least sections of inform digital data sets, so that information about the time course of a portion of the measuring signal u in digital form is available to determine the diagnostic value.
[071] Erfindungsgemäß dient die Auswerteschaltung 3 auch dazu, einen dem Überprüfen des magnetische-induktiven Durchflußmessers dienenden Diagnosewert zu erzeugen, der einen momentanen Betriebszustand des Durchflußmessers, insb. aber einen momentanen Betriebszustand des Magnetfeld-Systems repräsentiert. Beispielsweise kann der Diagnosewerte dazu verwendet werden, mittels einen entsprechenden Alarm zu generieren, wenn aufgrund von Abweichungen des Diagnosewerts von einem ent¬ sprechenden, vorab ermittelten Referenz- oder Schwellenwerts ein defektes Magnet- System erkannt worden ist. Solche Defekte können z.B. vibrationsbedingte Brüche elektrischer Leitungen und oder Lockerungen der montierten Elemente des Magnetfeld-System sein. Darüber hinaus können auch erhebliche, insb. schockartige, Schwankungen der Fluidtemperatur zu thermisch bedingten Störungen des Magnetfeld-Systems oder zumindest Veränderungen bezüglich der Kalibrierung des Magnetfeld-Systems führen.[071] According to the invention, the evaluation circuit 3 also serves to generate a diagnosis value for checking the magnetic-inductive flow meter, which represents a current operating state of the flow meter, but in particular a current operating state of the magnetic field system. For example, the diagnostic values can be used to generate a corresponding alarm when, due to deviations of the diagnostic value from a corresponding, pre-determined reference or threshold value, a defective magnet system has been detected. Such defects may be e.g. vibration-induced breakages of electrical lines and or loosening of the assembled elements of the magnetic field system. In addition, significant, esp. Shock-like, fluctuations in the fluid temperature can lead to thermally induced disturbances of the magnetic field system or at least changes in the calibration of the magnetic field system.
[072] Dafür wird im gezeigten Ausführungsbeispiel die Spannungsquelle, wie bereits auch in der US-A 60 31 740 beschrieben, zunächst so gesteuert, daß sie in jeder Halbperiode während einer ersten Teilperiode des Spulenstroms, die im folgenden als Anstiegsdauer t bezeichnet ist, einen Spannungs- Anfangs wert, U , erzeugt, der, z.B. rev drv mehrfach, höher ist als ein konstant geregelter Spannungs-Endwert U während einer cont zweiten Teilperiode , die im folgenden als Restdauer tc bezeichnet ist, vgl. Fig. 5a und 5b. Ferner wird der Spannungsabfall am Widerstand 10, 10' bzw. 22, 22' dazu her¬ angezogen, daß eine Wirkung von Wirbelströmen, die während des Anstiegs des Spu¬ lenstroms in den Spulenkernen und/oder den Polschuhen induziert werden und die die Anstiegsflanke des Magnetfelds gegenüber der Anstiegsflanke des Spulenstroms verzögern, kompensiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in jeder Halbperiode die Anstiegsdauer t des Spulenstroms und die Höhe des positiven bzw. negativen revFor this, in the illustrated embodiment, the voltage source, as already described in US-A 60 31 740, initially controlled so that in each half-period during a first sub-period of the coil current, which is hereinafter referred to as rise time t, a Voltage initial value, U, generated, the, eg rev drv several times, is higher than a constant regulated voltage end value U during a cont second second period, which is referred to below as the remaining time tc, see. Fig. 5a and 5b. Furthermore, the voltage drop across the resistor 10, 10 'or 22, 22' is attracted to it so that an effect of eddy currents, which are induced in the coil cores and / or the pole shoes during the rise of the coil current and the rising edge of the Delay magnetic field with respect to the rising edge of the coil current, is compensated. This is achieved in that in each half cycle the rise time t of the coil current and the height of the positive and negative rev
Spannungs-Endwerts U derart beeinflusst bzw. geregelt werden, dass einerseits nach cont dem Erreichen eines Strommaximums Im kein weiterer Anstieg des Spulenstroms auftritt, so dass das Magnetfeld einen dem konstanten Strom-Endwert des Spu¬ lenstroms entsprechenden konstanten Magnetfeld-Endwert B schon erreicht, wenn der mVoltage end value U are influenced or regulated in such a way that, on the one hand, after reaching a current maximum Im, no further increase of the coil current occurs, so that the magnetic field already reaches a constant final magnetic field value B corresponding to the constant current end value of the coil current, if the m
Spulenstrom das Strommaximum Im erreicht, vgl. Fig. 5a, und dass andererseits die Höhe des positiven bzw. negativen Spannungs-Endwerts U immer den konstanten contCoil current reaches the maximum current Im, cf. Fig. 5a, and that on the other hand, the height of the positive and negative voltage end value U always the constant cont
Strom-Endwert Ic von z.B. 85 mA bedingt. Dies wird dadurch erreicht, dass aus dem während einer Halbperiode nach dem Strommaximum Im des Spulenstroms bis zum Erreichen des Strom-Endwerts auftretenden Verlauf des Spannungsabfalls am Widerstand durch mindestens dreimaliges aufeinanderfolgendes Abtasten eine Korrek- turgrösse für die Spannung über der H-Schaltung bzw. der T-Schaltung in der nächsten Halbperiode gebildet wird.Current end value Ic of eg 85 mA conditionally. This is achieved in that from the course of the voltage drop at the time of the half-cycle after the current maximum Im of the coil current until reaching the final current value Resistance is formed by at least three successive sampling a correction quantity for the voltage across the H-circuit or the T-circuit in the next half-period.
[073] In den Fig. 3 bis 6 sind die Transistoren 13, 14, 15, 16 der H-Schaltung bzw. die[073] In Figs. 3 to 6, the transistors 13, 14, 15, 16 of the H circuit and the
Schalter-Transistoren 25, 26 der T-Schaltung immer mit nicht-angeschlossener Steuer- Elektrode gezeichnet. Dadurch soll lediglich angedeutet werden, dass die Ansteuerung dieser Transistoren im Stand der Technik, z.B in der eingangs erwähnten US-A 44 10 926, hinlänglich beschrieben ist und der Fachmann somit weiß, was er wie anzusteuern hat. Ferner ist der gesteuerte Strompfad der Transistoren 13, 14, 15, 16 bzw. 25, 26 mit einer Freilaufdiode 17, 18, 19, 20 bzw. 27, 28 überbrückt. Die erwähnten Transistoren sind zwar als Bipolar-Transistoren gezeichnet, jedoch können natürlich auch Feldeffekt-Transistoren, insb. Isolierschicht-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden.Switching transistors 25, 26 of the T-circuit always drawn with non-connected control electrode. This is merely intended to indicate that the control of these transistors in the prior art, for example in the aforementioned US-A 44 10 926, is well described and thus the expert knows what he has to control how. Further, the controlled current path of the transistors 13, 14, 15, 16 and 25, 26 with a freewheeling diode 17, 18, 19, 20 and 27, 28 bridged. Although the transistors mentioned are drawn as bipolar transistors, it is of course also possible to use field-effect transistors, in particular insulated-layer field-effect transistors.
[074] In Fig. 5a ist in Ordinatenrichtung über der Zeit t als Abszisse der Verlauf desIn FIG. 5a, in the ordinate direction over the time t, the abscissa is the course of the
Spulenstrom I und der Induktion B des Magnetfelds für eine ganze Periodendauer aufgetragen. In der ersten Halbperiode mit positivem Spulenstrom I ist eingezeichnet, dass sich die Halbperiodendauer aus einer Anstiegsdauer ta und einer Restdauer tc zu¬ sammensetzt; diese ist gleich derjenigen Dauer, während der die Induktion B des Ma¬ gnetfelds konstant ist. Während der Anstiegsdauer t rev steigt einerseits der SpulenstromCoil current I and the induction B of the magnetic field applied for a whole period. In the first half-cycle with positive coil current I, it is shown that the half-period duration consists of a rise time ta and a residual duration tc; this is equal to the duration during which the induction B of the magnetic field is constant. During the rise time t rev, on the one hand, the coil current increases
I M steil an, fällt dann nach Erreichen eines Strommaximums I m wieder ab und erreicht erst später als die Induktion B seinen konstanten Strom-Endwert, I , vgl. den nur all- cont mählichen Abfall des Spulenstroms nach dem Strommaximum I . Dieses Verhalten m des Spulenstroms ist auf die eingangs erläuterten, in den Spulenkernen und/oder den Polschuhen induzierten Wirbelströme zurückzuführen. Der Zeitpunkt des Erreichens des Strommaximums Im bestimmt die Grenzlinie zwischen der Anstiegsdauer t und rev der Restdauer t . Während der Anstiegsdauer t steigt andererseits die Induktion B cont rev zunächst fast mit identischer Steilheit wie der Spulenstrom an, der Anstieg wird später allerdings flacher und erreicht bereits am Ende der Anstiegsdauer ta wie bezweckt den konstanten Induktions-Endwert B m .I M steeply, then falls off after reaching a current maximum I m again and reaches later than the induction B its constant current end value, I, see. the only all-gradual decrease of the coil current after the current maximum I. This behavior m of the coil current is due to the initially described, induced in the coil cores and / or the pole shoes eddy currents. The time of reaching the current maximum Im determines the boundary between the rise time t and rev of the remaining time t. On the other hand, during the rise time t, the induction B cont rev first increases almost with identical steepness as the coil current, but the rise later becomes flatter and reaches the end of the rise time ta as the final induction value B m.
[075] Durch die während des abfallenden Teils der Restdauer t oberhald der Kurve des contBy the falling portion of the remaining time t oberhald the curve of cont
Spulenstroms eingezeichneten Pfeile ist veranschaulicht, dass der bis zum Strom- Endwert I m abfallende Spulenstromverlauf mindestens dreimal, z.B. jede Millisekunde, abgetastet wird; im Beispiel der Fig. 5a wird abfallende Teil des Spulenstroms viermal abgetastet. Aus den Abtastwerten wird gemäss der Erfindung das Steuersignal für die gesteuerte Spannungsquelle erzeugt, wie im einzelnen noch erläutert werden wird. [076] Die Fig. 5b zeigt in Ordinatenrichtung über der Zeit t als Abszisse den Verlauf der an der Serienschaltung mit der H-Schaltung bzw. mit der T-Schaltung wirksamen Spannung. Die erste Spitze Us ist auf Resonanzüberhöhung in der Spulenanordnung zurückzuführen. Der darauf folgende konstante Wert ist der erwähnte Spannungs- Anfangswert U , der zur Versteuerung des Anstiegs des Spulenstroms beiträgt. Ohne drvCoil current indicated arrows is illustrated that the falling down to the current end value I m coil current waveform at least three times, for example every millisecond, is sampled; In the example of FIG. 5a, the falling part of the coil current is sampled four times. From the samples, the control signal for the controlled voltage source is generated according to the invention, as will be explained in detail yet. FIG. 5b shows in the ordinate direction over time t as abscissa the profile of the voltage acting on the series circuit with the H circuit or with the T circuit. The first peak Us is on resonance peak in the coil arrangement due. The following constant value is the mentioned voltage initial value U, which contributes to the control of the increase of the coil current. Without drv
Spannungsüberhöhung würde während der gesamten Anstiegsdauer t nur der revVoltage overshoot would be only the rev during the entire rise time t
Spannungs-Anfangswert Ua vorhanden sein. Während der Restdauer t tritt der cont konstante Spannungs-Endwert U auf. Aus Fig. 5b ist ersichtlich, dass, wie bereits cont erwähnt wurde, der Spannungs-Anfangswert U grösser als der Spannungs-Endwert U drv ist. contVoltage initial value may be present. During the remaining time t, the cont constant voltage end value U occurs. From Fig. 5b it can be seen that, as already mentioned cont, the voltage initial value U is greater than the voltage end value U drv. cont
[077] In den Fig. 3 bis 6 ist durch einen Kontroller 41 bzw. 42 bzw. 43 bzw. 44, der zwischen dem Widerstand 10 bzw. 10' bzw. 22 bzw. 22' und einem steuereingang 7e bzw. 30e der gesteuerten Spannungsquelle 7 bzw. 30 angeordnet ist, deren Steuerung veranschaulicht. Ferner steuert der entsprechende Kontroller die Transistoren 13, 14, 15, 16 der H-Schaltung bzw. die Schalter-Transistoren 25, 26 der T-Schaltung. Der Kontroller 41 bzw. 42 bzw. 43 bzw. 44 ist zumindest anteilig durch den bereits erwähnten, entsprechend programmierten Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor realisiert. Diesem ist ein Analog/Digital- Wandler vorgeschaltet, der den Span¬ nungsabfall am Widerstand 10 bzw. 10' bzw. 22 bzw. 22' digitalisiert. Mikroprozessor und Analog/Digital- Wandler sind natürlich von einem Taktoszillator getaktet.3 to 6 is controlled by a controller 41 or 42 or 43 or 44 which is controlled between the resistor 10 or 10 'or 22 or 22' and a control input 7e or 30e Voltage source 7 and 30 is arranged, the control illustrates. Further, the corresponding controller controls the transistors 13, 14, 15, 16 of the H circuit and the switch transistors 25, 26 of the T circuit. The controller 41 or 42 or 43 or 44 is at least partially realized by the already mentioned, appropriately programmed microcomputer or microprocessor. This is preceded by an analog / digital converter which digitizes the voltage drop across the resistor 10 or 10 'or 22 or 22'. Of course, microprocessor and analogue / digital converters are clocked by a clock oscillator.
[078] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also zunächst, ähnlich wie bei dem in derIn the method according to the invention, therefore, first, similar to that in the
US-B 67 63 729 bzw. dem in der US-A 60 31 740 beschriebenen Durchflußmesser auch die den Erregerstrom I zumindest zeitweise treibenden Spannung U zum Erhöhen der Stromstärke, I, des von der Spannung getriebenen und in der wenigstens einen Feldspule fließenden Erregerstroms I M auf den maximalen Stromwert, I m , zu einem ersten Zeitpunkt, t , von in der vorausgehende Halbperiode eingestellten, von Null verschiedenen momentanen ersten Spannungshöhe, U , auf die, insb. konstante cont oder konstant-geregelte, zweite Spannungshöhe, U , gehoben. drvUS-B 67 63 729 or the flowmeter described in US-A 60 31 740 also the excitation current I at least temporarily driving voltage U to increase the current I, of the voltage driven and flowing in the at least one field coil excitation current IM to the maximum current value, I m, at a first instant, t, of the instantaneous first non-zero instantaneous voltage level, U, raised to the, in particular constant, or constant-regulated, second voltage level, U i. drv
[079] Wie bereits erwähnt, wird der während der Zeitspanne, t , fließende Spulenstrom I cont zumindest abschnittsweise abgetastet, digitalisiert und entsprechend im bereit erwähnten Mikrocomputer abgespeichert. Die gemessenen und digital gespeicherten Stromwerte können nunmehr ohne weiteres zur Berechnung des Spannungsprofils, nach dem die den Erregerstrom I treibende Spannung künftig eingestellt werden soll, für die nächste Halbperiode des Magnetfeldes B verwendet werden. Es kommt somit praktisch ein über mehrere Meßzyklen iterativ oder rekursiv durchgeführtes Näherungs- Verfahren zum Einsatz. Die während der Zeitspanne t an der Spulen- rev anordnung anliegende Überspannung U drv wird von Halbperiode zu Halbperiod bzw.As already mentioned, the coil current I cont flowing during the time period t t is sampled at least in sections, digitized and correspondingly stored in the microcomputer mentioned above. The measured and digitally stored current values can now be readily used for the calculation of the voltage profile according to which the voltage driving the excitation current I is to be adjusted in the future for the next half-cycle of the magnetic field B. Thus, practically an iterative or recursive approximated method is used over several measuring cycles. The overvoltage U drv applied to the coil rev during the period of time t is converted from half period to half period or
Meßzyklus zu Meßzyklus sukzessive so abgestimmt, daß der Spulenstrom I M während der verbleibenden Zeitspanne t einer jeden Halbperiode stetig gegen einen cont konstanten Strom-Endwert I hin abfällt. Es wird insoweit also das Augenmerk darauf gelegt, daß die Zeitspanne t rev , während der die Überspannung U drv an der Spulen- anordnung angelegt ist, so bemessen ist, daß der gemessene Spulenstrom I M während der Zeitspanne t nicht mehr ansteigt. Zeigt sich ein Anstieg, so ist dies ein contMeasuring cycle to measuring cycle successively tuned so that the coil current IM steadily drops during the remaining period t of each half-period against a cont constant current end value I out. In this respect, attention is drawn to the fact that the time period t rev during which the overvoltage U drv at the coil is applied, is dimensioned so that the measured coil current IM no longer increases during the period t. If there is an increase, this is a cont
Anzeichen dafür, daß die Zeitspanne t zu kurz gewählt war. Als Folge hiervon wird rev die Meß- und Betriebsschaltung 2 die Zeitspanne t während der nachfolgenden revSigns that the time span t was too short. As a result, the measuring and operating circuit 2 will rev the time t during the subsequent rev
Halbperioden solange um geeignete Beträge erhöhen, bis der gemessene Erregerstrom I das gewünschte Verhalten aufweist.Half periods as long as appropriate amounts increase until the measured excitation current I has the desired behavior.
[080] Der Mikrocomputer kann beispielsweise entsprechend dem in Fig. 7 dargestelltenFor example, the microcomputer may correspond to the one shown in FIG
Rußdiagramm programmieren werden, in dem geeignete Funktions- und Entschei¬ dungsblöcke dargestellt sind. Mit Kleinbuchstaben sind Digitalsignale versehen, die für das Rußdiagramm wichtig sind. Mittels des bereits erwähnten Analog/ Digital- Wandlers wird der Spannungsabfall am Widerstand digitalisiert, so daß ein den Spulenstrom I repräsentierendes Digitalsignal i entsteht. Dieses ist dem Eingang eines Maximumdetektors 61 und dem Eingang einer Torstufe 62 zugeführt, die auch mit einem vom Maximumdetektor 61 stammenden Maximumsignal im gespeist ist. Die Torstufe 62 leitet nur solche Anteile des den Spulenstrom repräsentierenden Digi¬ talsignals i als Stromsamples s weiter, die später als das Auftreten des Maxi¬ mumsignals im liegen.Programming soot diagram are shown in the appropriate function and decision blocks. Lower case letters provide digital signals that are important to the soot diagram. By means of the aforementioned analog-to-digital converter, the voltage drop at the resistor is digitized, so that a coil current I representing digital signal i is formed. This is supplied to the input of a maximum detector 61 and the input of a gate 62, which is also fed with a maximum signal coming from the maximum detector 61 in the. The gate stage 62 forwards only those portions of the digital current i representing the coil current as current samples s, which are later than the occurrence of the maximum signal.
[081] Eine erste Entscheidungsstufe 63 überprüft aufeinander folgende, benachbarte[081] A first decision stage 63 checks consecutive, adjacent ones
Stromsamples s unter dem Kriterium, ob das spätere Sample grösser als das frühere ist, ob also der Spulenstrom zwischen zwei Samples angestiegen ist, und gibt zutref¬ fendenfalls an einem JA- Ausgang Y ein Steuersignal y sowie nicht-zutreffendenfalls an einem NEIN-Ausgang N ein Steuersignal n ab. Das Steuersignal y veranlasst eine Pulsdauerstufe 64, die Anstiegsdauer ta zu verlängern, und das Steuersignal n veranlasst die Pulsdauerstufe 64, die Restdauer t zu verlängern. Ein Ausgang der contCurrent samples s under the criterion of whether the later sample is greater than the former, so if the coil current has increased between two samples, and if applicable, at a YES output Y is a control signal y and, if appropriate, at a NO output N a control signal n from. The control signal y causes a pulse duration stage 64 to extend the rise time ta, and the control signal n causes the pulse duration stage 64 to extend the remaining time t. An exit of the cont
Pulsdauerstufe führt zur Spannungsquelle 7 bzw. 30.Pulse duration stage leads to the voltage source 7 or 30.
[082] Eine zweite Entscheidungsstufe 65 überprüft laufend die Stromsamples s unter dem[082] A second decision stage 65 continuously checks the current samples s below that
Kriterium, ob ein Stromsample s grösser, gleich oder kleiner als ein Strom-Re¬ ferenzwert ir ist, der zum Strom-Endwert I proportional ist und ihn festlegt. Die Ent- cont scheidungsstufe 65 gibt zutreffendenfalls an einem GROS SER- Ausgang G ein Steuersignal g, an einem GLEICH-Ausgang GL eine Steuersignal gl oder an einem KLEINER- Ausgang K ein Steuersignal k ab. Diese Steuersignale g, gl, k sind der Spannungsquelle 7 bzw. 30, gegebenenfalls unter Einfügung eines Digital/ Analog- Wandlers, zugeführt und wirken auf den von ihr in einer Periodendauer des Spu¬ lenstroms abgegebenen Spannungs- Anfangswert Ua derart ein, dass ihn das Steuersignal g in der folgenden Periodendauer vergrössert oder dass ihn das Steuersignal gl in der folgenden Periodendauer unverändert lässt oder dass ihn das Steuersignal k in der folgenden Periodendauer verkleinert. [083] Während der eigentlichen Messung des Volumenstroms muß sowohl die Spannung über der Spulenanordnung als auch der durch die Spulenanordnung fließende Er¬ regerstrom I konstant sein, da die Stabilität des Meßsignals u.a. auch durch die induktive Einkopplung von der Spulenanordnung zu den Meßelektroden negativ beeinflußt wird.Criterion, whether a current sample s is greater than, equal to or less than a current reference value ir, which is proportional to the current end value I and determines him. The decision stage 65 outputs, if appropriate, a control signal g at a GROS SER output G, a control signal gl at an EQUAL output GL or a control signal k at a SMALLER output K. These control signals g, gl, k are the voltage source 7 and 30, optionally with the insertion of a digital / analog converter, supplied and act on the output from her in a period of Spu¬ lenstroms voltage initial value Ua such that it Increased control signal g in the following period or that leaves it the control signal gl in the following period unchanged or that it reduces the control signal k in the following period. [083] During the actual measurement of the volumetric flow, both the voltage be constant over the coil arrangement as well as the current flowing through the coil arrangement Er¬ current I, since the stability of the measuring signal is also adversely affected inter alia by the inductive coupling of the coil assembly to the measuring electrodes.
[084] Idealerweise ist in beiden Halbperioden der Stromendwert des wahren Spu¬ lenstroms I im wesentlichen konstant, entgegengesetzt und betragsgleich. Praktisch ist dies bei dem in der US-B 67 63 729 bzw. dem in der US-A 60 31 740 beschriebenen Durchflußmesser erst jedoch der Fall, nachdem eine erhebliche Zeit nach dem Beginn der Zeitspanne t verstrichen ist. Damit ist das Zeitfenster für die während der cont[084] Ideally, in both half-periods the current end value of the true coil current I is essentially constant, opposite and equal in magnitude. In practice, however, this is not the case with the flow meter described in US Pat. No. 6,763,729 or US Pat. No. 5,131,740, after a considerable time has passed after the beginning of the time span t. Thus, the time window for during the cont
Zeitspanne T möglichen exakten Messungen aber praktisch nahezu auf die Hälfe cont einer Halbperiode beschränkt. Aufgrund der in den Polschuhen und Spulenkernen ent¬ stehenden Wirbelströme tritt dieser Idealfall in der Realität nicht auf. Vielmehr entspricht der außerhalb der Spulenanordnung meßbare Erregerstrom I immer einerTime span T of possible exact measurements but practically limited to almost half of a half period. Due to the eddy currents occurring in the pole shoes and coil cores, this ideal case does not occur in reality. Rather, the excitation current I measurable outside the coil arrangement always corresponds to one
MM
Stromsumme, die sich aus dem wahren Spulenstrom I und dem Wirbelstrom I zu-Current sum, which consists of the true coil current I and the eddy current I
L eddy sammensetzt. Da aber lediglich der Erregerstrom I von der Meß- und Betriebs- Schaltung 2 als Regelgröße verwendet wird, ist zwar der Erregerstrom I M konstant, jedoch nicht zwangsläufig das eigentlich für die Messung konstant zuhaltende Magnetfeld B, das das Meßrohr durchsetzt. Ein entsprechendes Ersatzschaltbild der Spulenanordnung ist in der Fig. 2 dargestellt. [085] Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden in vorteilhafter Weise die imL eddy is composed. However, since only the excitation current I is used by the measuring and operating circuit 2 as a control variable, although the excitation current I M is constant, but not necessarily the constant magnetic field B to be kept constant for the measurement, which passes through the measuring tube. A corresponding equivalent circuit diagram of the coil arrangement is shown in FIG. [085] In the method according to the invention are advantageously in the
Magnetfeld-System induzierten Wirbelströme ferner dadurch minimiert, daß nicht nur eine Überspannung U an die Spulenanordnung für die vorab ermittelte Referenz- revMagnetic field system induced eddy currents further minimized by not only an overvoltage U to the coil assembly for the previously determined reference rev
Zeitspanne T = t - t bis zum Erreichen des vorgegebenen Strom-Maximum I rev 2 1 m angelegt wird, wobei die Überspannung so bemessen ist, daß der durch die Spulen¬ anordnung fließende Erregerstrom I nach Ablauf der Referenz-Zeitspanne T stetigTime span T = t - t is applied until reaching the predetermined current maximum I rev 2 1 m, wherein the overvoltage is so dimensioned that the excitation current I flowing through the Spulen¬ arrangement after the expiry of the reference time period T steadily
M rev gegen einen im wesentlichen konstanten Strom-Endwert I abfällt, sondern nach dem vorab zumindest näherungsweise festgestellten Ablauf der Referenz-Zeitspanne T für rev eine vorgegebene, insb. gleichermaßen iterativ ermittelte, Zeitspanne T = t - 1 eineM rev falls against a substantially constant current end value I, but after the previously at least approximately determined sequence of the reference time T for rev a predetermined, esb. Equally iteratively determined time period T = t - 1 a
Short 3 2 den Erregerstrom I und somit auch das Magnetfeld schneller wieder absenkende Ge-Short 3 2 the excitation current I and thus also the magnetic field
M genspannung U an die Spulenanordnung 1 anlegt wird, wobei die Zeitspanne TM voltage U is applied to the coil assembly 1, wherein the time period T
Short Short so bemessen ist, daß der Einfluß der während des Umschaltvorgangs in die Spulen¬ anordnung induzierten Wirbelströme näherungsweise kompensiert zumindest aber erheblich reduziert wird. Der Effekt dieses Verfahrens ist aus der Fig. 9 ersichtlich, worin die durchgzogene Linie den Meßstromverlauf, wie er sich bei der erfindungs¬ gemäßen Lösung darstellt, kennzeichnet; hingegen zeigt die gepunktete Linie das zeitliche Verhalten des Erregerstrom bei der aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Lösung. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der konstante Strom- Endwert I cont praktisch mit Ablauf der Zeitspanne T Short erreicht; bei der bekannten Lösung wird der der konstante Strom-Endwert I erst zu einem viel späteren contShort Short is dimensioned such that the influence of the eddy currents induced during the switching process in the coil arrangement is approximately compensated but at least considerably reduced. The effect of this method can be seen in FIG. 9, in which the solid line indicates the course of the measuring current as it appears in the solution according to the invention; whereas the dotted line shows the temporal behavior of the exciting current in the solution known from the prior art. In the solution according to the invention, the constant current end value I cont is practically reached when the time T Short has elapsed; in the known Solution is that the constant current end value I first becomes a much later cont
Zeitpunkt innerhalb der Zeitspanne T erreicht. Während eines ersten Um- cont schaltvorgangs legt die Meß- und Betriebsschaltung 2, wie bereits oben erläutert, für eine aktuell vorgegebene Zeitspanne T eine entsprechende Gegenspannung U anTime reached within the period T. During a first change-over switching operation, the measuring and operating circuit 2, as already explained above, applies a corresponding countervoltage U for a currently predetermined period of time T.
Short G die Spulenanordnung an. Nachfolgend erfaßt die Meß- und Betriebsschaltung mehrere Strom-Meßwerte innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne T . Beispielsweise können cont sowohl die Zeitspanne, T , als auch die Zeitspanne T im Betrieb durch, insb. rev Short iterative, Nährungsverfahren sukzessive optimiert werden. Für den Fall, daß mit Ablauf der aktuell gültigen Zeitspanne T der Strom-Endwert I nicht erreicht ist,Short G to the coil arrangement. Subsequently, the measuring and operating circuit detects a plurality of current measured values within the predetermined period T. For example, cont both the period of time, T, and the time period T can be successively optimized during operation by means of, in particular rev., Short iterative, approximation methods. In the event that at the end of the currently valid time period T, the current end value I is not reached,
Short c wird die Zeitspanne T entsprechend vergrößert, beispielsweise um eine vorabShort c is the period T increased accordingly, for example, one in advance
Short bestimmte geeignet Schrittweite; für den Fall, daß vor Ablauf der Zeitspanne T derShort certain suitable increment; in the event that before the expiration of the period T of
ShortShort
Strom-Endwert I bereits erreicht ist, kann die Zeitspanne T gff. wieder etwas c Short verkleinert werden. Durch das Wechselspiel von angelegter Überspannung und nachträglich kurzeitig angelegter Gegenspannung U können die WirbelströmeCurrent end value I is already reached, the time period T gff. again some c short shorts. Due to the interplay of applied overvoltage and subsequently briefly applied counter-voltage U, the eddy currents
Short wirksam kompensiert und somit deren Abklingdauer signifikant reduziert werden. Es sei an dieser Stelle femer erwähnt, das die relevanten Zeitspannen T , T , T , wie rev Short cont bereits angedeutet, sowohl anhand eines vom Erregerstrom aufgenommen Samples digitaler Daten als auch direkt mittels vom Erregerstrom I M und/oder von der diesen treibenden Spannung entsprechend getriggerten Zeitmeßschaltungen ermittelt werden können.Short effectively compensated and thus their decay time can be significantly reduced. It should also be mentioned at this point that the relevant time periods T, T, T, as rev short cont already indicated, both on the basis of a sample of the exciter current digital data as well as directly by means of the excitation current IM and / or of this driving voltage accordingly triggered timing circuits can be determined.
[086] Eine im Mikrocomputer implementierte dritte Entscheidungsstufe überprüft - unter der Annahme das die Spannung U momentan konstant gehalten ist - laufend die Stromsamples s auf das Kriterium hin, ob aufeinanderfolgende Stromsample s einen konstanten Erregerstrom I signalisieren, oder nicht. Für den Fall, daß die Annahme einer konstanten Spannung zu unsicher erscheint, ist deren tatsächlicher momentaner zeitlicher Verlauf, beispielsweise ebenfalls inform von digitalen Samples, ent¬ sprechenden in die Entscheidung einfließen zulassen. Die Entscheidungsstufe gibt zu¬ treffendenfalls solange an einem KONSTANT- Ausgang ein einen konstantbleibenden Erregerstrom I M entsprechend signalisierendes Steuersignal ab, solange bis eine weitere[086] A third decision stage implemented in the microcomputer checks - assuming that the voltage U is currently kept constant - continuously the current samples s on the criterion of whether successive current samples s signal a constant excitation current I or not. In the event that the assumption of a constant voltage appears to be uncertain, their actual instantaneous time course, for example likewise informal of digital samples, allow corresponding factors to flow into the decision. If appropriate, the decision stage outputs at a KONSTANT output a control signal which signals a constant exciter current I M, as long as one more
Absenkung des Erregerstromes I unter einen für die Konstanz des Erregerstromes I festgelegten Änderungsgrenzwert erkannt wird.Lowering the excitation current I is detected under a set for the constancy of the excitation current I change limit.
[087] Basierend auf dem vorgenannten, die der während jeder Halbperiode für die[087] Based on the aforesaid, which during each half period for the
Erzeugung der eigentlichen Meß- aber auch Diagnosewerte maximal zur Verfügung stehende Zeitspanne T optimierenden Verfahren wird zur Verbesserung der Aussa¬ gefähigkeit auch des Diagnosewerts ferner folgendes Verfahren vorgeschlagen:In order to improve the readability and also of the diagnostic value, the following method is additionally proposed for generating the actual measuring time but also the diagnostic value for the maximum time available to the optimizing method.
[088] Die den Erregerstrom I momentan treibenden Spannung U wird zu einem zweitenThe voltage U currently driving the exciting current I becomes a second one
Zeitpunkt, t 2 , von der zweiten Spannungshöhe, U drv , auf eine, insb. konstante oder konstant-geregelte, dritte Spannungshöhe, U short , geändert, um ein Absenken des Stromstärke des momentan in der wenigstens einen Feldspule fließenden Erre¬ gerstroms I vom maximalen Stromwert, I , auf einen für den Erregerstrom I vor-Time, t 2, from the second voltage level, U drv, to a, esp. Constant or constant-regulated, third voltage level, U short, changed to a lowering of the Current intensity of the excitation current I currently flowing in the at least one field coil, from the maximum current value I, to an exciter current I
M m M gegebenen, insb. konstanten, Strom-Endwert, I erreichen. Dabei ist die dritte Span- nungshöhe, U , kleiner gewählt als die zweite Spannunghöhe, U . Zum ErmittelnM m given, especially constant, current end value, I reach. In this case, the third voltage level, U, is chosen smaller than the second voltage level, U. To determine
Short rev eines dritten Zeitpunktes, t , der mit einem Erreichen des Strom-Endwerts, I , korre-Short rev of a third time, t, when the final current value, I, is reached.
3 c spondiert wird der Erregerstrom I wir zumindest zeitweise erfaßt. Darauf basierend werden eine erste Zeitkonstante, T , für das Magnetfeld-System, die mit einer3 c spondiert the excitation current I we detected at least temporarily. Based thereon, a first time constant, T, for the magnetic field system, which with a
Short zwischen dem zweiten Zeitpunkt, t , und dem dritten Zeitpunkt, t , liegenden Zeitspanne, t - 1 , korrespondiert, und/oder eine zweite Zeitkonstante, T + T , fürShort, between the second time, t, and the third time, t, lying time period, t - 1, corresponds, and / or a second time constant, T + T, for
3 2 rev Short das Magnetfeld-System, die mit einer zwischen dem ersten Zeitpunkt, t , und dem dritten Zeitpunkt, t , liegenden Zeitspanne, t -t , korrespondiert, ermittelt. Zum Ermitteln eines einen momentanen Betriebszustand des Durchflußmessers schließlich repräsentierenden Diagnosewerts werden die ermittelte erste Zeitkonstante, T , mit3 2 rev Short determines the magnetic field system corresponding to a time period between the first time, t, and the third time, t, t -t. For determining a diagnostic value finally representing a current operating state of the flow meter, the determined first time constant, T, with
Short einem vorgegebenen ersten Referenzwert, T , und/oder die ermittelte zweite Zeit¬ konstante, T rev + T Short , mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert, T 2ref , ent- sprechend verglichen.Short a predetermined first reference value, T, and / or the determined second Zeit¬ constant, T rev + T Short, compared with a predetermined second reference value, T 2ref, accordingly.
[089] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meß- und Betrie¬ bsschaltung die Spulenanordnung während der Zeitspanne T Short kurzschließt.[089] According to one embodiment of the invention, provision is made for the measuring and operating circuit to short-circuit the coil arrangement during the time period T Short.
Alternativ wird vorgeschlagen, daß die Meß- und Betriebsschaltung die Richtung des durch die Spulenanordnung fließenden Stroms während der Zeitspanne t wieder umkehrt.Alternatively, it is proposed that the measuring and operating circuit reverses the direction of the current flowing through the coil arrangement during the time period t.
[090] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meß- und Betriebsschaltung die Zeitspanne t so bemißt, daß der durch die Spulen-[090] According to a further embodiment of the invention, it is provided that the measuring and operating circuit measures the time span t in such a way that the signal passing through the coil
Short anordnung fließende Erregerstrom nach Ablauf der Zeitspanne t zumindest nähe- short rungsweise den konstanten Strom-Endwert, I , erreicht hat. Short arrangement flowing excitation current at the end of the period t at least approximately short-term, the constant current end value, I, has reached.

Claims

Ansprücheclaims
[001] 1. Verfahren zum Überprüfen eines magnetisch-induktiven Durchflußmessers mit einem Meßrohr zum Führen eines zu messenden Fluids und mit einem Magnetfeld-System, das wenigstens eine zumindest zeitweise von einem Er¬ regerstrom (I ) durchflossene Feldspule zum Erzeugen eines das Fluid zumindest teilweise senkrecht zu einer Strömungsrichtung durchsetzenden Ma¬ gnetfelds aufweist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: - Ändern einer den Erregerstrom (I ) zumindest zeitweise treibenden Spannung (U ) zu einem ersten Zeitpunkt, t , von einer momentanen, insb. von Null verschiedenen, ersten Spannungshöhe, U , auf eine, insb. konstante oder konstant-geregelte, zweite cont1. A method for testing a magnetic-inductive flow meter with a measuring tube for guiding a fluid to be measured and with a magnetic field system, the at least one at least temporarily by an excitation current Ergerstrom (I) through-flowing field coil for generating a fluid at least The method comprises the following steps: changing a voltage (U) which drives the excitation current (I) at least temporarily, at a first instant, t, from a current, in particular non-zero, first one Voltage level, U, on one, esp. Constant or constant-regulated, second cont
Spannungshöhe, U , zum Erhöhen einer Stromstärke, I, des von der Spannung drvVoltage level, U, to increase a current, I, that of the voltage drv
(U ) getriebenen und in der wenigstens einen Feldspule fließenden Erre¬ gerstroms (I M ) auf einen maximalen Stromwert, I m , wobei die zweite Span- nungshöhe, U , größer gewählt wird als die erste Spannungshöhe, U , -Ändern drv cont der den Erregerstrom (I ) momentan treibenden Spannung (U ) zu einem zweiten Zeitpunkt, t , von der zweiten Spannungshöhe, U , auf eine, insb.(U) driven and flowing in the at least one field coil Erre¬ gerstroms (IM) to a maximum current value, I m, wherein the second voltage level, U, is greater than the first voltage level, U, -change drv cont the den Excitation current (I) currently driving voltage (U) at a second time, t, from the second voltage level, U, to a, esp.
2 drv konstante oder konstant-geregelte, dritte Spannungshöhe, U , zum Absenken2 drv constant or constant-regulated, third voltage level, U, for lowering
Short des Stromstärke des momentan in der wenigstens einen Feldspule fließenden Er¬ regerstroms (I ) vom maximalen Stromwert, I , auf einen für den ErregerstromShort of the current intensity of the currently flowing in the at least one field coil Er¬ current (I) from the maximum current value, I, to one for the excitation current
M mM m
(I ) vorgegebenen, insb. konstanten, Strom-Endwert, I , wobei die dritte Span¬ nungshöhe, U , kleiner gewählt wird als die zweite Spannunghöhe, U , -(I) predetermined, esp. Constant, current end value, I, wherein the third Spannungs¬ nungshöhe, U, is smaller than the second voltage level, U, -
Short revShort rev
Erfassen des Erregerstroms (I ) zumindest zeitweise zum Ermitteln eines dritten Zeitpunktes, t 3 , der mit einem Erreichen des Strom-Endwerts, I c , korrespondiert, -Detecting the excitation current (I) at least temporarily for determining a third time, t 3, which corresponds to reaching the final current value, I c, -
Ermitteln einer ersten Zeitkonstante, T , für das Magnetfeld-System, die mitDetermining a first time constant, T, for the magnetic field system with
Short einer zwischen dem zweiten Zeitpunkt, t , und dem dritten Zeitpunkt, t , liegenden Zeitspanne, t -t , korrespondiert, und/oder Ermitteln einer zweiten Zeitkonstante, T + T , für das Magnetfeld-System, die mit einer zwischen rev Short dem ersten Zeitpunkt, t , und dem dritten Zeitpunkt, t , liegenden Zeitspanne, t -t , korrespondiert, und - Vergleichen der Ermittelten ersten Zeitkonstante, T ,Short of a time period between the second time, t, and the third time, t, t -t corresponds, and / or determining a second time constant, T + T, for the magnetic field system, with a between rev Short the first time, t, and the third time, t, lying time period, t -t, corresponds, and - comparing the determined first time constant, T,
Short mit einem vorgegebenen ersten Referenzwert, T , und/oder Vergleichen der Er¬ mittelten zweiten Zeitkonstante, T + T , mit einem vorgegebenen zweiten rev ShortShort with a predetermined first reference value, T, and / or comparing the Er¬ averaged second time constant, T + T, with a predetermined second rev Short
Referenzwert, T , zum Ermitteln eines einen momentanen Betriebszustand desReference value, T, for determining a current operating state of the
2ref2ref
Durchflußmessers repräsentierenden Diagnosewerts.Flow meter representing diagnostic value.
[002] 2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die dritte Spannungshöhe, U2. Method according to the preceding claim, wherein the third voltage level, U
, kleiner gewählt ist als die erste Spannunghöhe, U ., smaller than the first voltage level, U.
Short contShort cont
[003] 3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die den Erregerstrom3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the exciting current
(I ) zumindest zeitweise treibende Spannung (U ) derart geändert wird, daß deren zweite Spannungshöhe, U , während einer zwischen dem ersten drv(I) at least temporarily driving voltage (U) is changed such that whose second voltage level, U, during one between the first drv
Zeitpunkt, t , und dem zweiten Zeitpunkt, t , liegenden Zeitspanne, t -t , zumindest zeitweise, insb. auch unmittelbar vor dem zweiten Zeitpunkt, im we¬ sentlichen konstant ist. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens eineTime, t, and the second time, t, lying period, t -t, at least temporarily, esp. Also immediately before the second time, is substantially constant. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one
Feldspule der Spulenanordnung zum Einstellen der Spannung (U ) auf die dritteField coil of the coil arrangement for setting the voltage (U) to the third
HH
Spannungshöhe, U , zumindest zeitweise kurzgeschlossen wird.Voltage level, U, at least temporarily shorted.
Short Short
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